Могли дать за фермионный конденсат

Могли дать за фермионный конденсат

// Олег Фея о Нобелевской премии по физике этого года
Авторы: Олег Фея

В этом году Нобеля по физике прочили не только Артуру Макдональду и Такааки Кадзита. Многие, и я в том числе, были уверены в победе американки Деборы Джин, открывшей шестое состояние вещества — фермионный конденсат. 

Мне нравится, когда теория, существующая на бумаге или записанная мелом на доске, воплощается в жизнь благодаря экспериментам. Есть в этом какая-то магия! Такое чудо произошло и с осцилляцией нейтрино: сначала была только теория, а нынешние нобелевские лауреаты доказали, что это явление существует физически. Эта же магия случилась однажды и с фермионным конденсатом: он, давно предсказанный теоретиками, был получен в реальности.

Фермионный конденсат — это так называемое шестое агрегатное состояние вещества (после твёрдого, жидкого, газообразного, плазмы и конденсата Бозе — Эйнштейна). В зависимости от спина частицы подчиняются либо статистике Бозе — Эйнштейна и являются бозонами с целым спином (глюон, фотон), либо действующими по правилам Ферми — Дирака, и тогда это фермионы с полуцелым спином (электрон, протон, нейтрон, кварк). На них распространяется запрет Паули: два фермиона не могут находиться в одном и том же квантовом состоянии. Бозоны же, наоборот, неприхотливы и готовы к одному состоянию — такое положение дел называют конденсатом. Фермионы можно сравнить с пассажирами автобуса, которые послушно садятся на указанное в билете место. А бозоны похожи на людей, хаотично набивающихся в вагон метро в час пик.

Так вот, зная все особенности поведения частиц, в конденсат из бозонов ещё можно было поверить (его получили экспериментально в 2001 году), а вот в фермионный…

Тем не менее в 2003 году группа физиков из Университета штата Колорадо под руководством Деборы Джин поместила 500 тысяч атомов калия в магнитное поле при температуре в 50 нанокельвин. В таких условиях фермионы находят способ обойти запрет Паули — они соединяются по двое, образуя как бы составной бозон с целым спином. Такие псевдобозоны уже могут соединяться в конденсат.

Этот механизм сравним с эффектом сверхпроводимости, когда в металлах при низких температурах образуются куперовские пары электронов, действующие как единое целое.

Если эксперимент с нейтрино, получивший Нобелевку в этом году, — скорее вклад в фундаментальную науку, то ферми-конденсат может найти применение при создании высокотемпературных сверхпроводников. Я был уверен, что именно за это открытие дадут премию, но, похоже, его приберегли на будущее. 

 

 

Опубликовано в журнале «Кот Шрёдингера» №11 (13) за ноябрь 2015 г.