费米子凝聚态

第六种状态费米子凝聚态

现在人们生活的世界是一个充满各种物质的世界，但是很多东西都是人们看不到的。之前人们只知道气态、液态和固态，后来找打了其他形态，并且逐渐延伸到物质的十二态。

在量子力学的理论中，粒子按照一定的规律排列总共可以分成两类，一类叫做费米子，名字来自伟大意大利物理学家费米，另外一种叫做玻色子，名字来源于印度的物理学家玻色。之前费米子和玻色子的区别中也介绍过两者的区别，形象来说在极低温条件下玻色子会集中在一起，而费米子会互相排斥。

“玻色一爱因斯坦凝聚态”物质整体是由玻色子构成的，整体可以当做一个很大的超级原子，而“费米子凝聚态”物质主要用的就是费米子，当物质冷却后，费米子会处于不同的能态上，就好像一群人网一条狭窄的小路挤去。

产生过程

人们生活中常见的物质都是分子和原子组成的，而处于气态的物质，分子之间有着比较大的距离。液态物质情况有些不同，它们内部的分子挨得比较紧密，密度和气态的相比也大很多。固态的原子一个挨着一个，相互有着牵制作用，所以固体比液体更硬。

当被成功激发的电离气体到了一定程度之后，就开始导电，这种气体电离气体会变现出一种集体行为，就是里面的每个带电粒子的活动都会影响到周围其他的带电粒子，同时粒子之间也会相互约束。

科学家也准备开始研究费米冷凝体，其中使用到的原子比电子更加重，而原子之间的吸引力比超导体中电子的吸引力更强，这对于物理的研究来说相当有用。但是现在的技术不能做到让所有的费米子冷凝，所以还需要不断的探索和发现。

费米子凝聚态和波色-爱因斯坦凝聚态有什么不同

人类生存的世界，是一个物质的世界。然而，这个世界还有许多人们肉眼看不到的物质。过去，人们只知道物质有三态，即气态、液态和固态。20世纪中期，科学家确认物质第四态，即“等离子体态”。

“波色-爱因斯坦凝聚态”也叫“第五态”，大量原子的行为像单个粒子一样，原子凝聚到同一种状态。
“费米子凝聚态”又叫“第六态”，是指当物质冷却时，费米子逐渐占据最低能态，但它们处在不同的能态上。

参考资料：

所谓“玻色一爱因斯坦凝聚态”，是科学巨匠爱因斯坦在70 年前预言的一种新物态。为了揭示这个有趣的物理现象，世界科学家为此付出了几十年的努力。 1995年，美国科学家维曼、康奈尔和德国科学家克特勒首先从实验上证实了这个新物态的存在。为此，2001年度诺贝尔物理学奖授予了这3位科学家，以表彰他们在实现“玻色一爱因斯坦凝聚态”研究中作出的突出责献。
“玻色一爱因斯坦凝聚态” 是物质的一种奇特的状态，处于这种状态的大量原子的行为像单个粒子一样。这里的“凝聚”与日常生活中的凝聚不同，它表示原来不同状态的原子突然“凝聚” 到同一状态，要达到该状态，一方面需要物质达到极低的温度，另一方面还要求原子体系处于气态。华裔物理学家朱棣文，曾因研究出激光冷却和磁阱技术这一有效的制冷方法，而与另两位科学家分享了1997年的诺贝尔物理学奖。“玻色一爱因斯坦凝聚态”所具有的奇特性质，不仅对基础研究有重要意义，在芯片技术、精密测量和纳米技术等领域，也都有很好的应用前景。

何为“费米子凝聚态”
根据“费米子凝聚态”研究小组负责人德博拉·金的介绍， “费米子凝聚态”与“玻色一爱因斯坦凝聚态”都是物质在量子状态下的形态，但处于“费米子凝聚态”的物质不是超导体。
量子力学认为，粒子按其在高密度或低温度时集体行为可以分成两大类：一类是费米子，得名于意大利物理学家费米；另一类是玻色子，得名于印度物理学家玻色。这两类粒子特性的区别，在极低温时表现得最为明显：玻色子全部聚集在同一量子态上，费米子则与之相反，更像是“个人主义者”，各自占据着不同的量子态。“玻色一爱因斯坦凝聚态”物质由玻色子构成，其行为像一个大超级原子，而“费米子凝聚态”物质采用的是费米子。当物质冷却时，费米子逐渐占据最低能态，但它们处在不同的能态上，就像人群涌向一段狭窄的楼梯，这种状态称作“费米子凝聚态”。

“费米子凝聚态”是如何创造出来的？
科学家们在1995年已成功地通过将具有玻色子特征的原子气体冷却至低温，获得所谓的 “玻色一爱因斯坦凝聚态”。由于没有任何2个费米子能拥有相同的量子态，费米子的凝聚一直被认为不可能实现。去年，物理学家找到了一个克服以上障碍的方法，他们将费米子成对转变成玻色子。这一研究为创造“费米子凝聚态”铺平了道路。
德博拉·金领导的联合研究小组，将具有费米子特征的钾原子气体冷却到绝对零度以上的十亿分之一度，此时钾原子停止运动。绝对零度相当于一273．15℃。试验中，科学家用激光方法远远达不到费米子凝聚所要求的温度。为此，还要把原子放到“磁杯”中进行蒸发冷却。他们将气体约束在真空小室中，并采用磁场和激光使钾原子配对，成功地创造出“费米子凝聚态”。