- कम तापमान का महत्व
- इतिहास, नींव और गुण
- अतिचालकता का सिद्धांत
- फ़र्मियन कंडेनसेट का उत्पादन कैसे करें?
- मध्यस्थ कण
- यौगिक बोसोन
- कैसे एक फर्मी कंडेनसेट प्राप्त किया गया था
- अनुप्रयोग और उदाहरण
- संदर्भ
एक फर्मी घनीभूत है, सबसे सख्त अर्थों में, एक बहुत पतला गैस है जो कि फर्मीओनिक परमाणुओं से बना होता है, जो पूर्ण शून्य के करीब तापमान के अधीन होता है। इस तरह, और उपयुक्त परिस्थितियों में, वे पदार्थ के एकत्रीकरण की एक नई स्थिति का गठन करते हुए, एक सुपरफ्लुइड चरण में गुजरते हैं।
संयुक्त राज्य अमेरिका में 16 दिसंबर, 2003 को पहला फर्मीओनिक कंडेनसेट प्राप्त किया गया था, जो विभिन्न विश्वविद्यालयों और संस्थानों के भौतिकविदों की एक टीम के लिए धन्यवाद था। प्रयोग के बारे में 500 हजार पोटेशियम -40 परमाणुओं एक चर चुंबकीय क्षेत्र और 5 x 10 -8 केल्विन के तापमान के अधीन थे ।
सुपरकंडक्टिंग चुंबक। स्रोत: पिक्साबे
उस तापमान को पूर्ण शून्य के करीब माना जाता है और अंतरिक्ष अंतरिक्ष के तापमान से काफी कम है, जो लगभग 3 केल्विन है। तापमान का पूर्ण शून्य 0 केल्विन माना जाता है, जो -273.15 डिग्री सेल्सियस के बराबर होता है। तो 3 केल्विन -270.15 डिग्री सेल्सियस से मेल खाती है।
कुछ वैज्ञानिक फ़र्मेनिक कंडेनसेट को पदार्थ की सेक्स अवस्था मानते हैं। पहले चार राज्य सभी से परिचित हैं: ठोस, तरल, गैस और प्लाज्मा।
इससे पहले, पांचवीं स्थिति तब प्राप्त हुई थी जब बोसोनिक परमाणुओं का संघनन प्राप्त किया गया था। यह पहला घनीभूत 1995 में बहुत पतला रूबिडियम -87 गैस से 17 x 10 -8 केल्विन को ठंडा किया गया था ।
कम तापमान का महत्व
परमाणु अपने आंतरिक कोणीय गति या स्पिन के मूल्य के आधार पर निरपेक्ष शून्य के करीब तापमान पर बहुत अलग तरीके से व्यवहार करते हैं।
यह कणों और परमाणुओं को दो श्रेणियों में विभाजित करता है:
- बोसॉन, जो पूर्णांक स्पिन (1, 2, 3,…) के साथ हैं।
- फ़र्मियन, जो अर्ध पूर्णांक स्पिन (1/2, 3/2, 5/2,…) के साथ हैं।
बोसोन के पास कोई प्रतिबंध नहीं है, इस अर्थ में कि उनमें से दो या अधिक एक ही क्वांटम राज्य पर कब्जा कर सकते हैं।
दूसरी ओर, फ़र्मियन पाउली अपवर्जन सिद्धांत को पूरा करते हैं: दो या अधिक फ़र्मियन एक ही क्वांटम स्थिति पर कब्जा नहीं कर सकते हैं, या दूसरे शब्दों में: प्रति क्वांटम राज्य में केवल एक फ़र्मियन हो सकता है।
बोसोन और फ़र्मियन के बीच यह मूलभूत अंतर फर्मीनिक कंडेनसेट को बोसोनिक लोगों की तुलना में प्राप्त करना अधिक कठिन बनाता है।
सभी निचले क्वांटम स्तरों पर कब्जा करने के लिए, यह आवश्यक है कि वे पहले जोड़े में संरेखित करें, ताकि तथाकथित "कूपर जोड़े" बन सकें, जिसमें बोसोनिक व्यवहार हो।
इतिहास, नींव और गुण
1911 में, जब हेइके कामरलिंग सिंह ओनेंस पारा के प्रतिरोध का अध्ययन कर रहे थे, एक शीतलक के रूप में तरल हीलियम का उपयोग करके बहुत कम तापमान के अधीन था, तो उन्होंने पाया कि 4.2 K (-268.9 सेल्सियस) के तापमान तक पहुँचने पर प्रतिरोध अचानक शून्य हो जाता है। ।
पहला सुपरकंडक्टर अप्रत्याशित तरीके से पाया गया था।
यह जानने के बिना, एचके ओनेस ने सबसे कम क्वांटम स्तर पर एक साथ चालन इलेक्ट्रॉनों को डालने में कामयाबी हासिल की थी, एक तथ्य यह है कि सिद्धांत रूप में संभव नहीं है क्योंकि इलेक्ट्रॉनों में फेरमोन होते हैं।
यह हासिल किया गया था कि इलेक्ट्रॉनों को धातु के अंदर सुपरफ्लुइड चरण में पारित किया गया था, लेकिन चूंकि उनके पास एक विद्युत चार्ज है, इसलिए वे शून्य चिपचिपाहट और जिसके परिणामस्वरूप शून्य विद्युत प्रतिरोध के साथ विद्युत प्रभार का प्रवाह होता है।
एच। ओन्स ने स्वयं लीडेन में, नीदरलैंड ने पाया था कि एक हील के रूप में उन्होंने जो हीलियम का इस्तेमाल किया था, वह 2.2 K (-270.9 सेल्सियस) के तापमान पर पहुंचने पर सुपरफ्लूड हो गया था।
अनजाने में, एच.के. ओनेन्स ने पहली बार हीलियम परमाणुओं को उनके सबसे कम क्वांटम स्तर पर एक साथ रखने में सफलता प्राप्त की, जिसके साथ उन्होंने पारा ठंडा किया। पारित होने में, उन्होंने यह भी महसूस किया कि जब तापमान एक निश्चित महत्वपूर्ण तापमान से कम था, तो हीलियम सुपरफ्लुइड चरण (शून्य चिपचिपापन) में पारित हो गया।
अतिचालकता का सिद्धांत
हीलियम -4 एक बोसॉन है और इस तरह से व्यवहार करता है, यही कारण है कि सामान्य तरल चरण से सुपरफ्लूड चरण तक जाना संभव था।
हालांकि, इनमें से किसी को भी एक फर्मीनिक या बोसोनिक कंडेनसेट नहीं माना जाता है। सुपरकंडक्टिविटी के मामले में, इलेक्ट्रॉन जैसे, पारा के क्रिस्टल जाली के भीतर थे; और सुपरफ्लूड हीलियम के मामले में, यह तरल चरण से सुपरफ्लुइड चरण में पारित हो गया था।
सुपरकंडक्टिविटी के लिए सैद्धांतिक व्याख्या बाद में आई। यह 1957 में विकसित प्रसिद्ध बीसीएस सिद्धांत है।
सिद्धांत बताता है कि इलेक्ट्रॉन क्रिस्टल जाली के जोड़े के साथ बातचीत करते हैं जो एक दूसरे को पीछे हटाने के बजाय एक दूसरे को "कूपर जोड़े" बनाते हैं जो बोसोन के रूप में कार्य करते हैं। इस तरह, एक पूरे के रूप में इलेक्ट्रॉनों सबसे कम ऊर्जा क्वांटम राज्यों पर कब्जा कर सकते हैं, जब तक कि तापमान काफी कम है।
फ़र्मियन कंडेनसेट का उत्पादन कैसे करें?
एक वैध फ़र्मियन या बोसॉन कंडेनसेट को फ़िरोमेनिक या बोसोनिक परमाणुओं से बने एक बहुत पतला गैस से शुरू होना चाहिए, जिसे इस तरह से ठंडा किया जाता है कि इसके कण सभी सबसे कम क्वांटम राज्यों में जाते हैं।
चूंकि यह बोसोन कंडेनसेट प्राप्त करने की तुलना में बहुत अधिक जटिल है, यह केवल हाल ही में इस प्रकार के कंडेनसेट बनाए गए हैं।
फ़र्मियन कण होते हैं या आधे पूरे स्पिन वाले कणों के समूह होते हैं। इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन सभी। स्पिन कण हैं।
हीलियम -3 (दो प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन) के नाभिक एक फर्मियन की तरह व्यवहार करते हैं। पोटेशियम -40 के तटस्थ परमाणु में 19 प्रोटॉन + 21 न्यूट्रॉन + 19 इलेक्ट्रॉन होते हैं, जो विषम संख्या 59 तक जोड़ते हैं, इसलिए यह एक व्यवहार के रूप में व्यवहार करता है।
मध्यस्थ कण
अंत: क्रिया के मध्यस्थ कण बोसॉन हैं। इन कणों में से हम निम्नलिखित को नाम दे सकते हैं:
- फोटॉन (विद्युत चुंबकत्व के मध्यस्थ)।
- ग्लोन (मजबूत परमाणु बातचीत के मध्यस्थ)।
- बोसन्स जेड और डब्ल्यू (कमजोर परमाणु संपर्क के मध्यस्थ)।
- ग्रेविटन (गुरुत्वाकर्षण बातचीत के मध्यस्थ)।
यौगिक बोसोन
यौगिक बोसॉन में निम्नलिखित हैं:
- ड्यूटेरियम न्यूक्लियस (1 प्रोटॉन और 1 न्यूट्रॉन)।
- हीलियम -4 परमाणु (2 प्रोटॉन + 2 न्यूट्रॉन + 2 इलेक्ट्रॉन)।
जब भी एक न्यूट्रॉन परमाणु के प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉनों का योग एक पूर्णांक होता है, तो व्यवहार बोसॉन होगा।
कैसे एक फर्मी कंडेनसेट प्राप्त किया गया था
फ़र्मियन कंडेनसेट को प्राप्त करने से एक साल पहले, फर्मीनिक परमाणुओं के साथ अणुओं का गठन जो कसकर युग्मित जोड़े का गठन करते थे जो बोसॉन की तरह व्यवहार करते थे। हालांकि यह एक शुद्ध fermionic घनीभूत नहीं माना जाता है, बल्कि एक घनीभूत घनीभूत जैसा दिखता है।
लेकिन 16 दिसंबर, 2003 को बोल्डर, कोलोराडो में JILA प्रयोगशाला से डेबोराह जिन, मार्कस ग्रीनर, और सिंडी रीगल की टीम द्वारा पूरा किया गया था, एक गैस में अलग-अलग शुक्राणु परमाणुओं के जोड़े के घनीभूत गठन था।
इस मामले में परमाणुओं की जोड़ी एक अणु नहीं बनती है, लेकिन एक साथ सहसंबद्ध तरीके से चलती है। इस प्रकार, एक पूरे के रूप में, फेरोमोनिक परमाणुओं की जोड़ी एक बोसॉन के रूप में कार्य करती है, इसलिए उनकी संक्षेपण हासिल की गई है।
इस संक्षेपण को प्राप्त करने के लिए, JILA की टीम ने पोटेशियम -40 परमाणुओं (जो कि उपरत्न हैं) के साथ एक गैस से शुरू किया, जो 300 नैनोकेल्विन में एक ऑप्टिकल जाल में सीमित था।
फिर गैस को परमाणुओं के बीच प्रतिकारक बातचीत को बदलने और "फेस्बैक अनुनाद" के रूप में ज्ञात एक घटना के माध्यम से एक आकर्षक में बदल देने के लिए एक चुंबकीय चुंबकीय क्षेत्र के अधीन किया गया था।
चुंबकीय क्षेत्र के मापदंडों को उचित रूप से समायोजित करना अणुओं के बजाय कूपर जोड़े बनाने के लिए परमाणुओं के लिए संभव बनाता है। फिर यह फ़र्मोनिक कंडेनसेट प्राप्त करने के लिए ठंडा करना जारी रखता है।
अनुप्रयोग और उदाहरण
फ़र्मोनिक कंडेनसेट को प्राप्त करने के लिए विकसित की गई तकनीक, जिसमें परमाणुओं को व्यावहारिक रूप से लगभग व्यक्तिगत रूप से हेरफेर किया जाता है, अन्य तकनीकों के बीच क्वांटम कंप्यूटिंग के विकास की अनुमति देगा।
यह सुपरकंडक्टिविटी और सुपरफ्लुइडिटी जैसी घटनाओं की समझ में सुधार करेगा, विशेष गुणों के साथ नई सामग्री की अनुमति देगा। इसके अलावा, यह पता चला है कि कूपर जोड़े के गठन के माध्यम से अणुओं और पारंपरिक एक के सुपरफ्लुइट के बीच एक मध्यवर्ती बिंदु है।
पराबैंगनी परमाणुओं के हेरफेर से हमें सुपरफ्लुइड्स के उत्पादन के इन दो तरीकों के बीच अंतर को समझने की अनुमति मिलेगी, जिससे निश्चित रूप से उच्च तापमान सुपरकंडक्टिविटी का विकास होगा।
वास्तव में, आज सुपरकंडक्टर्स हैं कि हालांकि वे कमरे के तापमान पर काम नहीं करते हैं, वे तरल नाइट्रोजन के तापमान पर काम करते हैं, जो अपेक्षाकृत सस्ता और प्राप्त करना आसान है।
फर्मीयन कॉन्सेप्ट की अवधारणा को विस्तारित करते हुए फ़र्मियन परमाणु गैसों से परे, कई उदाहरण पाए जा सकते हैं जहाँ फ़र्मियन कम-ऊर्जा क्वांटम स्तरों पर सामूहिक रूप से कब्जा कर लेते हैं।
जैसा कि पहले ही कहा गया है कि एक सुपरकंडक्टर में इलेक्ट्रॉन होते हैं। ये ऐसे तापमान हैं जो जोड़ों में कम तापमान पर सबसे कम क्वांटम स्तरों पर कब्जा करने के लिए संरेखित करते हैं, सामूहिक बोसोनिक जैसे व्यवहार का प्रदर्शन करते हैं और चिपचिपाहट और प्रतिरोध को कम करते हैं।
कम ऊर्जा वाले राज्यों में फ़ेरोमेनिक समूहन का एक और उदाहरण क्वार्क संघनन है। साथ ही हीलियम -3 परमाणु एक फर्मियन है, लेकिन कम तापमान पर यह दो परमाणुओं के कूपर जोड़े बनाता है जो बोसोन की तरह व्यवहार करते हैं और सुपरफ्लूड व्यवहार प्रदर्शित करते हैं।
संदर्भ
- के गोरल और के बर्नेट। संघनन के लिए सबसे पहले फर्मीनिक। से पुनर्प्राप्त: Physworldworld.com
- एम ग्रेनर, सी रीगल, डी जिन। फर्मी संघनित करता है। से लिया गया: users.physics.harvard.edu
- पी रोडर्स और बी डुम। फर्मेन कंडेनसेट इसकी शुरुआत करता है। से पुनर्प्राप्त: Physworldworld.com।
- Wikiwand। फेरमोनिक कंडेनसेट। विकीपीडिया से पुनर्प्राप्त
- Wikiwand। फेरमोनिक कंडेनसेट। विकीपीडिया से पुनर्प्राप्त