|
|
Все элементарные частицы и их комбинации бывают только двух типов – бозоны (названные в честь индийского физика Шатьендраната Бозе) – и фермионы (по имени итальянского физика Энрико Ферми). Они отличаются друг от друга тем, что если два одинаковых бозона поменять местами, то ничего не изменится, но если поменять местами два фермиона, то проявится специфически квантовое явление – изменится знак волновой функции. Все элементарные частицы вещества, подобные электрону – фермионы, а все частицы-переносчики взаимодействий, подобные фотону – бозоны. Четное число фермионов образует бозон, поэтому атом лития-7, состоящий из трех протонов, четырех нейтронов и трех электронов – бозон, а атом лития-6, у которого на один нейтрон меньше – фермион. При сверхнизких температурах почти остановившиеся частицы обоих типов становятся похожи на волны, потому что «размазываются» по пространству в силу квантового соотношения неопределенности. Этот явление называется квантовым вырождением. В этом состоянии и проявляется разница между бозонами и фермионами. В одном квантовом состоянии не может находиться более двух одинаковых фермионов. Из-за этого они как бы отталкиваются, и возникает специфическое давление Ферми, которое не дает сжать Ферми-газ больше некоторого предела. Это давление, например, стабилизирует холодные, умершие звезды – белые карлики, защищая их от гравитационного коллапса. Бозоны, наоборот, при низких температурах все оказываются в одном состоянии с минимальной энергией и ведут себя как один суператом, называемый конденсатом Бозе-Эйнштейна. Благодаря этому эффекту, например, наблюдается сверхпроводимость, которая возникает потому, что часть электронов объединяется в пары Купера, образуя бозоны, которые затем «конденсируются». Хьюлет с коллегами одновременно создал независимые изображения двух газов и наблюдал, как при понижении температуры Ферми-газ прекратил сжатие, достигнув предела, а Бозе-газ его продолжил. Новые результаты дают возможность ученым изучать квантовый конденсат ранее недоступными методами и улучшить теорию, лежащую в основе теории сверхпроводимости. Источник: Журнал "Компьютерра" |
|