फर्मीओनिक घनीभूत: Difference between revisions
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| संघनित पदार्थ भौतिकी |
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एक फर्मियन कंडेनसेट (या फर्मी-डिराक कंडेनसेट) कम तापमान पर फर्मीओनिक कणों द्वारा गठित एक superfluid चरण (पदार्थ) है। यह बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट से निकटता से संबंधित है, समान परिस्थितियों में बोसोनिक परमाणुओं द्वारा गठित एक सुपरफ्लुइड चरण। जल्द से जल्द पहचाने जाने वाले फर्मीओनिक कंडेनसेट ने अतिचालकता में इलेक्ट्रॉनों की स्थिति का वर्णन किया; अन्य उदाहरणों की भौतिकी, हाल ही में फ़र्मोनिक परमाणुओं के साथ किए गए कार्य के अनुरूप है। 2003 में कोलोराडो बोल्डर विश्वविद्यालय में पोटेशियम-40 -40 परमाणुओं का उपयोग करके डेबोराह एस जिन के नेतृत्व में एक टीम द्वारा पहला परमाणु फर्मीओनिक कंडेनसेट बनाया गया था।[1][2]
पृष्ठभूमि
अतिप्रवाहता
बोस-आइंस्टीन संघनन की तुलना में कम तापमान पर फर्मीओनिक संघनन प्राप्त किया जाता है। फर्मियोनिक संघनन एक प्रकार का सुपरफ्लुइड है। जैसा कि नाम से पता चलता है, एक सुपरफ्लुइड में सामान्य तरल पदार्थ और गैसों के समान द्रव गुण होते हैं, जैसे कि एक निश्चित आकार की कमी और लागू बलों के जवाब में प्रवाह करने की क्षमता। हालाँकि, सुपरफ्लुइड्स में कुछ ऐसे गुण होते हैं जो सामान्य पदार्थ में दिखाई नहीं देते हैं। उदाहरण के लिए, वे बिना किसी ऊर्जा को नष्ट किए उच्च वेग से प्रवाहित हो सकते हैं - अर्थात। शून्य चिपचिपापन। कम गति पर, क्वांटीकृत भंवर के गठन से ऊर्जा का क्षय होता है, जो उस माध्यम में छेद के रूप में कार्य करता है जहां सुपरफ्लुइडिटी टूट जाती है। सुपरफ्लुइडिटी मूल रूप से तरल हीलियम -4 में खोजी गई थी, जिनके परमाणु बोसोन हैं, न कि फ़र्मियन।
फर्मिओनिक सुपरफ्लुइड्स
बोसोनिक सुपरफ्लुइड की तुलना में फर्मीओनिक सुपरफ्लुइड का उत्पादन करना कहीं अधिक कठिन है, क्योंकि पाउली अपवर्जन सिद्धांत समान कितना राज्य पर कब्जा करने से रोकता है। हालांकि, एक प्रसिद्ध तंत्र है जिसके द्वारा फ़र्मियन से एक सुपरफ्लूड का गठन किया जा सकता है: वह तंत्र बीसीएस सिद्धांत है, जिसे 1957 में जॉन बारडीन द्वारा खोजा गया था। बारडीन, लियोन नील कूपर|एल.एन. कूपर, और जॉन रॉबर्ट श्रीफ़र|आर. श्रिफर ने सुपरकंडक्टिविटी का वर्णन किया। इन लेखकों ने दिखाया है कि, एक निश्चित तापमान के नीचे, इलेक्ट्रॉन (जो कि फ़र्मियन हैं) युग्मित जोड़े बना सकते हैं जिन्हें अब कूपर जोड़े के रूप में जाना जाता है। जब तक ठोस के आयनिक जाली के साथ टकराव कूपर जोड़े को तोड़ने के लिए पर्याप्त ऊर्जा की आपूर्ति नहीं करते हैं, तब तक इलेक्ट्रॉन द्रव बिना अपव्यय के प्रवाहित हो सकेगा। नतीजतन, यह एक सुपरफ्लुइड बन जाता है, और वह सामग्री जिसके माध्यम से यह एक सुपरकंडक्टर प्रवाहित होता है।
सुपरकंडक्टर्स का वर्णन करने में BCS सिद्धांत अभूतपूर्व रूप से सफल रहा। बीसीएस पेपर के प्रकाशन के तुरंत बाद, कई सिद्धांतकारों ने प्रस्तावित किया कि इसी तरह की घटना इलेक्ट्रॉनों के अलावा अन्य फर्मों से बने तरल पदार्थ में हो सकती है, जैसे कि हीलियम -3 परमाणु। इन अटकलों की पुष्टि 1971 में हुई, जब डगलस डी. ओशेरॉफ़|डी.डी. ओशेरॉफ़ ने दिखाया कि हीलियम-3 0.0025 के नीचे एक सुपरफ्लुइड बन जाता है। जल्द ही यह सत्यापित किया गया कि हीलियम-3 की सुपरफ्लुइडिटी बीसीएस जैसी तंत्र से उत्पन्न होती है।[lower-alpha 1]
पहले फ़र्मोनिक संघनन का निर्माण
जब एरिक कॉर्नेल और कार्ल वाईमन ने 1995 में रूबिडीयाम परमाणुओं से बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट का उत्पादन किया, तो स्वाभाविक रूप से फ़र्मोनिक परमाणुओं से बने एक समान प्रकार के कंडेनसेट बनाने की संभावना पैदा हुई, जो बीसीएस तंत्र द्वारा एक सुपरफ्लुइड का निर्माण करेगा। हालाँकि, शुरुआती गणनाओं ने संकेत दिया कि परमाणुओं में कूपर जोड़ी बनाने के लिए आवश्यक तापमान प्राप्त करने के लिए बहुत ठंडा होगा। 2001 में, JILA में मरे हॉलैंड ने इस कठिनाई को दरकिनार करने का एक तरीका सुझाया। उन्होंने अनुमान लगाया कि फर्मीओनिक परमाणुओं को एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र के अधीन करके जोड़ा जा सकता है।
2003 में, हॉलैंड के सुझाव पर काम करते हुए, JILA में डेबोराह एस. जिन, इंसब्रुक विश्वविद्यालय में रुडोल्फ ग्रिम, और MIT में वोल्फगैंग केटरल ने आणविक बोसोन बनाने में फ़र्मोनिक परमाणुओं को शामिल करने में कामयाबी हासिल की, जो तब बोस-आइंस्टीन संक्षेपण से गुज़रे। हालाँकि, यह एक सच्चा फ़र्मोनिक संघनन नहीं था। 16 दिसंबर, 2003 को, जिन ने पहली बार फ़र्मोनिक परमाणुओं से घनीभूत उत्पादन करने में कामयाबी हासिल की। इस प्रयोग में 500,000 पोटैशियम -40 परमाणुओं को 5×10 के तापमान पर ठंडा किया गया−8 के, समय-भिन्न चुंबकीय क्षेत्र के अधीन।[2]
उदाहरण
चिराल घनीभूत
एक चिराल कंडेनसेट एक फ़र्मोनिक कंडेनसेट का एक उदाहरण है जो चिरल समरूपता को तोड़ने वाले द्रव्यमान रहित फ़र्मियन के सिद्धांतों में प्रकट होता है, जैसे कि क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स में क्वार्क का सिद्धांत।
बीसीएस सिद्धांत
सुपरकंडक्टिविटी के बीसीएस सिद्धांत में फर्मियन कंडेनसेट है। एक धातु में इलेक्ट्रॉनों की एक जोड़ी विपरीत स्पिन के साथ एक अदिश (भौतिकी) बाध्य अवस्था बना सकती है जिसे कूपर जोड़ी कहा जाता है। बाध्य राज्य स्वयं एक संघनन बनाते हैं। चूंकि कूपर जोड़ी में विद्युत आवेश होता है, इसलिए यह फ़र्मियन कंडेनसेट एक सुपरकंडक्टर के विद्युत चुम्बकीय गेज समरूपता को तोड़ता है, जिससे ऐसे राज्यों के अद्भुत विद्युत चुम्बकीय गुणों को जन्म मिलता है।
क्यूसीडी
क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स (क्यूसीडी) में चिरल कंडेनसेट को क्वार्क कंडेनसेट भी कहा जाता है। क्यूसीडी निर्वात का यह गुण आंशिक रूप से हैड्रोन (गोंद घनीभूत जैसे अन्य संघनन के साथ) को द्रव्यमान देने के लिए जिम्मेदार है।
क्यूसीडी वैक्यूम एक अनुमानित संस्करण में, जिसमें 'एन' क्वार्क स्वाद (कण भौतिकी) के लिए लुप्त हो रहे क्वार्क द्रव्यमान हैं, एक सटीक चिराल है SU(N) × SU(N) सिद्धांत की समरूपता। QCD निर्वात इस समरूपता को SU(N) तक क्वार्क घनीभूत बनाकर तोड़ता है। इस तरह के फर्मियन कंडेनसेट के अस्तित्व को पहली बार क्यूसीडी के जाली फॉर्मूलेशन में स्पष्ट रूप से दिखाया गया था। क्वार्क घनीभूत इसलिए इस सीमा में क्वार्क पदार्थ के कई चरणों के बीच संक्रमण का एक आदेश पैरामीटर है।
यह अतिचालकता के बीसीएस सिद्धांत के समान है। कूपर जोड़े स्यूडोस्केलर मेसन के अनुरूप हैं। हालाँकि, वैक्यूम में कोई चार्ज नहीं होता है। इसलिए सभी गेज समरूपता अखंड हैं। क्वार्क के द्रव्यमान के लिए सुधार चिरल गड़बड़ी सिद्धांत का उपयोग करके शामिल किया जा सकता है।
हीलियम-3 सुपरफ्लुइड
एक हीलियम-3 परमाणु एक फ़र्मियन है और बहुत कम तापमान पर, वे दो-परमाणु कूपर जोड़े बनाते हैं जो बोसोनिक होते हैं और एक सुपरफ्लुइड में संघनित होते हैं। ये कूपर जोड़े इंटरटॉमिक सेपरेशन से काफी बड़े हैं।
यह भी देखें
फुटनोट्स
- ↑ The theory of superfluid helium-3 is a little more complicated than the BCS theory of superconductivity. These complications arise because helium atoms repel each other much more strongly than electrons, but the basic idea is the same.
संदर्भ
- ↑ DeMarco, Brian; Bohn, John; Cornell, Eric (2006). "Deborah S. Jin 1968–2016". Nature (in English). 538 (7625): 318. doi:10.1038/538318a. ISSN 0028-0836. PMID 27762370.
- ↑ 2.0 2.1 Regal, C.A.; Greiner, M.; Jin, D.S. (28 January 2004). "फर्मियोनिक परमाणु युग्मों के अनुनाद संघनन का प्रेक्षण". Physical Review Letters. 92 (4): 040403. arXiv:cond-mat/0401554. Bibcode:2004PhRvL..92d0403R. doi:10.1103/PhysRevLett.92.040403. PMID 14995356. S2CID 10799388.
स्रोत
- Guenault, Tony (2003). बुनियादी सुपरफ्लुइड्स. Taylor & Francis. ISBN 978-0-7484-0892-4.
- "एनआईएसटी/कोलोराडो विश्वविद्यालय के वैज्ञानिक पदार्थ का नया रूप बनाते हैं: ए फर्मियोनिक कंडेनसेट" (Press release). University of Colorado. 28 January 2004. Archived from the original on 7 December 2006.
- Rodgers, Peter; Dumé, Bell (January 28, 2004). "फर्मीओनिक कंडेनसेट अपनी शुरुआत करता है". Physics World. Retrieved 29 Jun 2019.</ref>
- Hägler, Ph. (2010). "जाली क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स से हैड्रॉन संरचना". Physics Reports. 490 (3–5): 49–175. arXiv:0912.5483. Bibcode:2010PhR...490...49H. doi:10.1016/j.physrep.2009.12.008. ISSN 0370-1573.
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