फर्मीओनिक घनीभूत: Difference between revisions

Latest revision as of 09:56, 21 June 2023

एक फर्मियन संघनन (या फर्मी-डिराक कंडेनसेट) कम तापमान पर फर्मीओनिक कणों द्वारा गठित एक अति द्रव चरण (पदार्थ) है। यह बोस-आइंस्टीन संघनन से निकटता से संबंधित है, समान परिस्थितियों में बोसोनिक परमाणुओं द्वारा गठित एक सुपरफ्लुइड चरण जल्द से जल्द पहचाने जाने वाले फर्मीओनिक संघनन ने अतिचालकता में इलेक्ट्रॉन की स्थिति का वर्णन किया अन्य उदाहरणों की भौतिकी, वर्तमान 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 संघनन 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 गैस के समान द्रव गुण होते हैं, जैसे कि एक निश्चित आकार की कमी और प्रयुक्त बलों के उत्तर में प्रवाह करने की क्षमता है चूँकि 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 श्यानता 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 है ।

फर्मिओनिक सुपरफ्लुइड्स

बोसोनिक सुपरफ्लुइड की तुलना में फर्मीओनिक सुपरफ्लुइड का उत्पादन करना कहीं अधिक कठिन है, क्योंकि पाउली अपवर्जन सिद्धांत समान कितना स्थिति पर अधिकृत करने से रोकता है। चूँकि 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 अतिचालकता 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। परिणाम स्वरुप यह एक सुपरफ्लुइड बन जाता है और वह सामग्री जिसके माध्यम से यह एक अतिचालक प्रवाहित होता है।

अतिचालक का वर्णन करने में बीसीएस 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 अतिरिक्त 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 संघनन का उत्पादन किया, तो स्वाभाविक रूप से फ़र्मोनिक परमाणुओं से बने एक समान प्रकार के संघनन बनाने की संभावना उत्पन्न हुई जो बीसीएस तंत्र द्वारा एक सुपरफ्लुइड का निर्माण करेगा। चूँकि प्रारंभिक गणनाओं ने संकेत दिया कि परमाणुओं में कूपर जोड़ी बनाने के लिए आवश्यक तापमान प्राप्त करने के लिए बहुत ठंडा होगा। 2001 में जिला में मरे हॉलैंड ने इस कठिनाई को दरकिनार करने की विधि सुझाया। उन्होंने अनुमान लगाया कि फर्मीओनिक परमाणुओं को एक सशक्त चुंबकीय क्षेत्र के अधीन करके जोड़ा जा सकता है।

2003 में हॉलैंड के सुझाव पर काम करते हुए जिला में डेबोराह एस. जिन, इंसब्रुक विश्वविद्यालय में रुडोल्फ ग्रिम, और एमआईटी में वोल्फगैंग केटरल ने आणविक बोसोन बनाने में फ़र्मोनिक परमाणुओं को सम्मिलित करने में सफलता प्राप्त की जो तब बोस-आइंस्टीन संक्षेपण से गुज़रे चूँकि यह एक सच्चा फ़र्मोनिक संघनन नहीं था। 16 दिसंबर, 2003 को, जिन ने पहली बार फ़र्मोनिक परमाणुओं से संघनन उत्पादन करने में सफलता प्राप्त की। इस प्रयोग में 500,000 पोटैशियम -40 परमाणुओं को 5×10⁻⁸ के तापमान पर ठंडा किया गया के समय-भिन्न चुंबकीय क्षेत्र के अधीन है ।^[2]

उदाहरण

चिराल संघनन

एक चिराल संघनन एक फ़र्मोनिक संघनन 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 है ।

बीसीएस सिद्धांत

अतिचालकता के बीसीएस सिद्धांत में फर्मियन संघनन 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 स्थिति स्वयं एक संघनन बनाते हैं। चूंकि कूपर जोड़ी में विद्युत आवेश होता है इसलिए यह फ़र्मियन संघनन एक अतिचालक के विद्युत चुम्बकीय गेज समरूपता को तोड़ता है, जिससे ऐसे स्थिति के अद्भुत विद्युत चुम्बकीय गुणों को जन्म मिलता है।

क्यूसीडी

क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स (क्यूसीडी) में चिरल संघनन को क्वार्क संघनन भी कहा जाता है। क्यूसीडी निर्वात का यह गुण आंशिक रूप से हैड्रोन (गोंद संघनन जैसे अन्य संघनन के साथ) को द्रव्यमान देने के लिए उत्तरदाई है।

क्यूसीडी वैक्यूम एक अनुमानित संस्करण में, जिसमें 'एन' क्वार्क स्वाद (कण भौतिकी) के लिए लुप्त हो रहे क्वार्क द्रव्यमान हैं, एक स्पष्ट चिराल SU(N) × SU(N) है सिद्धांत की समरूपता QCD निर्वात इस समरूपता को SU(N) तक क्वार्क संघनन बनाकर तोड़ता है। इस तरह के फर्मियन संघनन के अस्तित्व को पहली बार क्यूसीडी के जाली सूत्रीकरण में स्पष्ट रूप से दिखाया गया था। क्वार्क संघनन 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। चूँकि वैक्यूम में कोई चार्ज नहीं होता है। इसलिए सभी गेज समरूपता अखंड हैं। क्वार्क के द्रव्यमान के लिए सुधार चिरल व्याकुलता सिद्धांत का उपयोग करके सम्मिलित 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 अधिक 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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[3] 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.

[1] 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.

[:0-2] 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.

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अतिप्रवाहता

फर्मिओनिक सुपरफ्लुइड्स

पहले फ़र्मोनिक संघनन का निर्माण

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चिराल संघनन

बीसीएस सिद्धांत

क्यूसीडी

हीलियम-3 सुपरफ्लुइड

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