*میترا*
28th May 2010, 09:01 PM
محققان ناسا دراوایل سال2004 حالت جدیدی از ماده را کشف کردند که حالت چگالیده فرمیونی نام دارد. طی مدت زمان طولانی ماده را به سه حالت جامد، مایع و گاز می شناختند. اما امروزمی دانیم که این سه حالت تنها نیمی از حالتهای شناخته شده هستند وحداقل شش حالت برای ماده وجود دارد. این شش حالت عبارتند از جامد، مایع، گاز، پلاسما، حالت چگالیده بوز - اینشتین و حالت چگالیده فرمیونی.
دکتر جین دبورا (Jin Debora) سرپرست گروه دانشمندانی است که چگالش فرمیونی را کشف کردند.
همانطورکه می دانید چهارمین شکل ماده پلاسما است. این حالت تقریبا گاز مانند است اما اتمهای سازنده پلاسما به الکترونها ویونها شکافته شدهاند. خورشید ستارگان و آتش نمونه هایی ازحالت پلاسما است. درواقع بیشتر ماده جهان به شکل پلاسما است. پلاسماها معمولا بسیار داغ هستند از اینرو نمی توان پلاسما را تولید ودرظرفهای معمولی نگهداری کرد. پلاسما را با استفاده از میدان مغناطیسی می توان در یک محدوده از فضا حبس کرد.
پنجمین شکل ماده، حالت چگالیده بوز - اینشتین است که درسال 1995 کشف شد. دراین حالت ماده فاقد چسبندگی وکشش سطحی است و می خواهد خود را در حد اکثر سطح بگستراند واز دیوارههای ظرف خود بالا میرود. ظاهری شبیه به مایع دارد ولی کاملا مانند گاز ایدهآل عمل می کند واگر آن را به حرکت درآوریم تا ابد به حرکت خود ادامه می دهد. این حالت از ماده زمانی پدید آمد که دانشمندان موفق شدند بوزنها را تا دمایی بسیار پایین سرد کنند. در دماهای بسیار پایین، بوزنهای سرد درهم فرو میروند وابر ذرهای که رفتاری بیشتر شبیه به موج دارد شکل می گیرد. این شکل از ماده بسیار شکننده است ونور به آهستگی از میان آن عبور می کند.
ششمین شکل ماده هم در دمای بسیار پایین قابل دسترسی است. دکتر جین وهمکارانش برای دستیابی به این حالت جدید، تعداد 500 هزار اتم پتاسیم با عدد جرمی 40 راتا دمایی کمتر از یک میلیونیم کلوین سرد کردند. این دما بسیار نزدیک به صفر مطلق است. دراین حالت اتمهای پتاسیم بدون آنکه چسبندگی میان آنها وجود داشته باشد، به صورت مایع جریان یافتند. پایینتر از این دما چه اتفاقی می افتد؟ جواب این سوال راکسی نمی داند. دانشمندان در حال حاضر برای یافتن پاسخ این سؤال به تحقیق مشغول هستند.
حالت چگالیده فرمیونی تا حدی شبیه چگالش بوز - اینشتین است. هر دو حالت از اتمهایی تشکیل شدهاند که این اتمها در دمای پایین به هم می پیوندند وجسم واحدی راتشکیل میدهند. در چگالش بوز - اینشتین اتمها از نوع بوزون هستند در حالیکه در چگالش فرمیونی اتمها فرمیون هستند. تفاوت میان بوزونها وفرمیونهاچیست؟
رفتار بوزونها به گونهای است که تمایل دارند با هم پیوند برقرارکنند وبه هم متصل شوند. یک اتم درصورتی که حاصل جمع تعداد الکترون، پروتون و نوترونهایش زوج باشد، بوزون است. به عنوان مثال اتمهای سدیم بوزون هستند زیرا اتمهای سدیم در حالت عادی یازده الکترون، یازده پروتون ودوازده نوترون دارند که حاصل جمع آنها عدد زوج 34 می شود. بنابراین اتمهای سدیم این قابلیت را دارند که در دماهای پایین به هم متصل شوند و حالت چگالیده بوز - اینشتین راپدید آورند اما از طرف دیگر فرمیونها منزوی هستند. این ذرات طبق اصل طرد پاﺋولی هنگامیکه در یک حالت کوانتومی قرار میگیرند همدیگر رادفع می کنند واگر ذرهای در یک حالت کوانتومی خاص قرار گیرد مانع از آن می شود که ذره دیگری هم بتواند به آن حالت دسترسی یابد. هراتم که حاصل جمع تعداد الکترون، پروتون و نوترونهایش فرد باشد، فرمیون است. به عنوان مثال، اتمهای پتاسیم با عدد جرمی40 فرمیون هستند زیرا دارای 19 الکترون،19 پروتون و21 نوترون هستند و حاصل جمع این سه عدد برابر 59 می شود. دکتر جین وهمکارانش برپایه همین خاصیت انزواطلبی فرمیونها روشی را پیش گرفتند واز میدانهای مغناطیسی کنترل شوندهای برای انجام آزمایشها استفاده کردند. میدان مغناطیسی باعث می شود که اتمهای منفرد با هم جفت شوند و میزان جفتشدگی اتمها در این حالت با تغییرمیدان مغناطیسی قابل کنترل است. انتظار می رفت که اتمهای جفت شده پتاسیم خواص همانند بوزونها را داشته باشند اما آزمایش ها نشان دادند که در بعضی از اتمها که میزان جفتشدگی ضعیف بود هنوز بعضی از خواص فرمیونی خود رااز دست نداده بودند. در این حالت یک جفت از اتمهای جفت شده می تواند به جفت دیگری متصل شود واین جفتشدگی به همین ترتیب ادامه یابد تا اینکه سرانجام باعث تشکیل حالت چگالیده فرمیونی شود.
بر گرفته از مجله گهر اصفهان
دکتر جین دبورا (Jin Debora) سرپرست گروه دانشمندانی است که چگالش فرمیونی را کشف کردند.
همانطورکه می دانید چهارمین شکل ماده پلاسما است. این حالت تقریبا گاز مانند است اما اتمهای سازنده پلاسما به الکترونها ویونها شکافته شدهاند. خورشید ستارگان و آتش نمونه هایی ازحالت پلاسما است. درواقع بیشتر ماده جهان به شکل پلاسما است. پلاسماها معمولا بسیار داغ هستند از اینرو نمی توان پلاسما را تولید ودرظرفهای معمولی نگهداری کرد. پلاسما را با استفاده از میدان مغناطیسی می توان در یک محدوده از فضا حبس کرد.
پنجمین شکل ماده، حالت چگالیده بوز - اینشتین است که درسال 1995 کشف شد. دراین حالت ماده فاقد چسبندگی وکشش سطحی است و می خواهد خود را در حد اکثر سطح بگستراند واز دیوارههای ظرف خود بالا میرود. ظاهری شبیه به مایع دارد ولی کاملا مانند گاز ایدهآل عمل می کند واگر آن را به حرکت درآوریم تا ابد به حرکت خود ادامه می دهد. این حالت از ماده زمانی پدید آمد که دانشمندان موفق شدند بوزنها را تا دمایی بسیار پایین سرد کنند. در دماهای بسیار پایین، بوزنهای سرد درهم فرو میروند وابر ذرهای که رفتاری بیشتر شبیه به موج دارد شکل می گیرد. این شکل از ماده بسیار شکننده است ونور به آهستگی از میان آن عبور می کند.
ششمین شکل ماده هم در دمای بسیار پایین قابل دسترسی است. دکتر جین وهمکارانش برای دستیابی به این حالت جدید، تعداد 500 هزار اتم پتاسیم با عدد جرمی 40 راتا دمایی کمتر از یک میلیونیم کلوین سرد کردند. این دما بسیار نزدیک به صفر مطلق است. دراین حالت اتمهای پتاسیم بدون آنکه چسبندگی میان آنها وجود داشته باشد، به صورت مایع جریان یافتند. پایینتر از این دما چه اتفاقی می افتد؟ جواب این سوال راکسی نمی داند. دانشمندان در حال حاضر برای یافتن پاسخ این سؤال به تحقیق مشغول هستند.
حالت چگالیده فرمیونی تا حدی شبیه چگالش بوز - اینشتین است. هر دو حالت از اتمهایی تشکیل شدهاند که این اتمها در دمای پایین به هم می پیوندند وجسم واحدی راتشکیل میدهند. در چگالش بوز - اینشتین اتمها از نوع بوزون هستند در حالیکه در چگالش فرمیونی اتمها فرمیون هستند. تفاوت میان بوزونها وفرمیونهاچیست؟
رفتار بوزونها به گونهای است که تمایل دارند با هم پیوند برقرارکنند وبه هم متصل شوند. یک اتم درصورتی که حاصل جمع تعداد الکترون، پروتون و نوترونهایش زوج باشد، بوزون است. به عنوان مثال اتمهای سدیم بوزون هستند زیرا اتمهای سدیم در حالت عادی یازده الکترون، یازده پروتون ودوازده نوترون دارند که حاصل جمع آنها عدد زوج 34 می شود. بنابراین اتمهای سدیم این قابلیت را دارند که در دماهای پایین به هم متصل شوند و حالت چگالیده بوز - اینشتین راپدید آورند اما از طرف دیگر فرمیونها منزوی هستند. این ذرات طبق اصل طرد پاﺋولی هنگامیکه در یک حالت کوانتومی قرار میگیرند همدیگر رادفع می کنند واگر ذرهای در یک حالت کوانتومی خاص قرار گیرد مانع از آن می شود که ذره دیگری هم بتواند به آن حالت دسترسی یابد. هراتم که حاصل جمع تعداد الکترون، پروتون و نوترونهایش فرد باشد، فرمیون است. به عنوان مثال، اتمهای پتاسیم با عدد جرمی40 فرمیون هستند زیرا دارای 19 الکترون،19 پروتون و21 نوترون هستند و حاصل جمع این سه عدد برابر 59 می شود. دکتر جین وهمکارانش برپایه همین خاصیت انزواطلبی فرمیونها روشی را پیش گرفتند واز میدانهای مغناطیسی کنترل شوندهای برای انجام آزمایشها استفاده کردند. میدان مغناطیسی باعث می شود که اتمهای منفرد با هم جفت شوند و میزان جفتشدگی اتمها در این حالت با تغییرمیدان مغناطیسی قابل کنترل است. انتظار می رفت که اتمهای جفت شده پتاسیم خواص همانند بوزونها را داشته باشند اما آزمایش ها نشان دادند که در بعضی از اتمها که میزان جفتشدگی ضعیف بود هنوز بعضی از خواص فرمیونی خود رااز دست نداده بودند. در این حالت یک جفت از اتمهای جفت شده می تواند به جفت دیگری متصل شود واین جفتشدگی به همین ترتیب ادامه یابد تا اینکه سرانجام باعث تشکیل حالت چگالیده فرمیونی شود.
بر گرفته از مجله گهر اصفهان