Condensado fermiônico

Diferença entre fúmions e bósons

Bósons e fermions são partículas subatômicas (pedaços de matéria menor que um átomo). A diferença entre um bóson e um férmion é o número de elétrons, neutrões e/ou prótons do átomo. Um átomo é composto de bósons se ele tiver um número par de elétrons. Um átomo é composto de fúmions se tiver um número ímpar de elétrons, nêutrons e prótons. Um exemplo de um bóson seria um gluon. Um exemplo de um fúmion seria o potássio-40, que é o que Deborah Jin usou como a nuvem de gás. Os bósons podem formar tufos e são atraídos uns pelos outros, enquanto os fúrmios não formam tufos. Os fúrmios são geralmente encontrados em cordas retas porque se repelem uns aos outros. Isto porque os fúrmios obedecem ao princípio de exclusão Pauli, que afirma que eles não podem se reunir no mesmo estado quântico.

Este é o modelo padrão de partículas elementares, geralmente referido como apenas o Modelo Padrão.

Similaridade com o condensado de Bose-Einstein

Assim como os condensados de Bose-Einstein, os condensados de fermi se fundirão (crescem juntos em uma única entidade) com as partículas que os compõem. Os condensados de Bose-Einstein e os condensados de fermi também são ambos estados da matéria produzidos pelo homem. As partículas que fazem estes estados da matéria têm que ser artificialmente super-resfriadas, para ter as propriedades que elas fazem. Entretanto, os condensados de fermi alcançaram temperaturas ainda mais baixas do que os condensados de Bose-Einstein. Além disso, ambos os estados da matéria não têm viscosidade, o que significa que eles podem fluir sem parar.

Hélio-3 e fúmions

A criação de um condensado fermi é muito difícil. Os fermions obedecem ao princípio da exclusão e não são atraídos uns pelos outros. Eles se repelem uns aos outros. Jin e sua equipe de pesquisa encontraram uma maneira de fundi-los juntos. Eles ajustaram e aplicaram um campo magnético sobre os férmions anti-sociais, de modo que começaram a perder suas propriedades. Os férmions ainda mantinham um pouco de seu caráter, mas se comportavam um pouco como os bósons. Usando isto, eles foram capazes de fazer pares separados de férmions se fundirem uns com os outros repetidas vezes. A Sra. Jin suspeita que este processo de emparelhamento é o mesmo em Hélio-3, também um superfluido. Com base nestas informações, eles podem fazer a hipótese (fazer um palpite educado) de que os condensados fermiônicos também fluirão sem qualquer viscosidade.

Supercondutividade e condensados fermiônicos

Outro fenômeno relacionado é a supercondutibilidade. Na supercondutividade, os elétrons emparelhados podem fluir com viscosidade 0. Há bastante interesse na supercondutividade, pois pode ser uma fonte de eletricidade mais barata e limpa. Ela também pode ser usada para alimentar trens levituradores e vagões suspensos.

Mas isto só pode acontecer se os cientistas puderem criar ou descobrir materiais que são supercondutores à temperatura ambiente. Na verdade, um Prêmio Nobel será concedido a quem conseguir fazer um supercondutor à temperatura ambiente. Neste momento, o problema é que os cientistas têm que trabalhar com supercondutores a cerca de -135 °C. Isto envolve o uso de nitrogênio líquido e outros métodos para fazer temperaturas extremamente baixas. É claro que este é um trabalho tedioso, razão pela qual os cientistas preferem usar supercondutores à temperatura ambiente. A equipe da Sra. Jin pensa que a substituição dos elétrons emparelhados pelos férmions emparelhados resultaria em um supercondutor de temperatura ambiente.

Supercondutividade. Este é o Efeito Meissner.