-
در شش حالت مواد در جهان
در شش حالت مواد در جهان
جامد، مایع، گاز، پلاسما، ماده چگال باس-اینشتین و حالت تازه كشف شده: ماده چگال فرمیونی.
۱) مواد جامد در برابر تغییر شكل مقاومت می‌كنند، آنها سخت و گاهی شكننده اند.
۲) مایع‌ها به راحتی تغییر حالت می دهندو به سختی متراكم می‌گردند و شكل ظرف خود را می‌گیرند.
۳) گازها كم چگال‌تر اند و ساده‌تر متراكم می‌شوند و نه‌تنها شكل ظرف محتویشان را می‌گیرند، بلكه آن‌قدر منبسط می‌شوند تا كاملا آن را پر كنند. در ترمودینامیك بررسی قوانین گاز ها از گازهای كامل استفاده می شود . این گازها معمولاً در شرایط استاندارد حالت گاز را به خود می گیرند.
۴ ) حالت چهارم ماده، پلاسما، شبیه گاز است و اما ذرات سازنده آن یون ها می باشد. در جهان بیشتر مواد در حالت پلاسماهستند، مثل خورشید و سایر ستارگان . پلاسما اغلب بسیار گرم است و می‌توان آن را در میدان‌های مغناطیسی به دام انداخت.
۵ ) حالت پنجم با نام ماده چگال باس-اینشتین (Bose-Einstein condensate) كه در سال ۱۹۹۵ كشف شد، در اثر سرد شدن ذراتی به نام باسن‌ها (Bosons) تا دماهایی بسیار پایین پدید می‌آید. باسن‌های سرد در هم فرومی‌روند و ابر ذره‌ای كه رفتاری بیشتر شبیه یك موج دارد تا ذره‌ای معمولی شكل می‌گیرد. ماده چگال باس-اینشتین شكننده‌است وسرعت نور در آن بسیار كم است .
دیبورا جین (Deborah Jin) از دانشگاه كلورادو كه گروهش در اواخر پاییز امسال ( ۱۳۸۲ ) موفق به كشف این شكل تازه ماده شده‌است، می‌گوید: وقتی شكل جدیدی از ماده روبرو می‌شوید باید زمانی را صرف شناخت ویژگی‌هایش كنید.
آنها این ماده تازه را با سرد كردن ابری از پانصدهزار اتم پتاسیم - ۴۰ تا دمایی كمتر از یك میلیونیم درجه بالاتر از صفر مطلق پدیدآوردند. این اتم‌ها در چنین دمایی بدون گران‌روی جریان می‌یابند و این نشانه ماده جدید بود. در دما‌های پایین‌تر چه اتفاقی می‌افتد؟ هنوز نمی‌دانیم.
۶) ماده چگال فرمیونی بسیار شبیه ماده چگال باس-اینشتین (BEC) است. هر دو از فرورفتن اتم‌ها در دماهایی بسیار پایین ساخته‌می‌شوند. اتم‌های BEC باسن اند و اتم‌های ماده چگال فرمیونی، فرمیون. باسن‌ها درهم فرومی‌روند، اما فرمیون‌ها اینگونه نیستند. باسن‌ها اتم‌هایی هستند كه می‌توانند در هم فرو روند.
به طور كلی اگر تعداد (الكترون + پروتون + نوترون اتمی) عددی زوج باشد، آن اتم یك باسن است. مثلا اتم‌های سدیم معمولی باسن اند و می‌توانند به حالت فاز چگال باس-اینشتین ادغام شوند. اما فرمیون‌ها مطابق اصل طرد پائولی نمی‌توانند در یك واحد كوآنتومی در هم ادغام شوند.
هر اتمی كه تعداد الكترون‌ها + پروتون‌ها + نوترون‌هایش عددی فرد باشد، مثل پتاسیم - ۴۰ یك فرمیون است. گروه جین برای مقابله با خواص ادغام‌ناپذیری فرمیون‌ها از تأثیر میدان مغناطیسی بر آنها استفاده‌كردند.
میدان مغناطیسی سبب می‌شود اتم‌های تنهای فرمیون جفت شوند. قدرت این پیوند را میدان مغناطیسی تعیین می‌كند. جفت‌های اتم‌های پتاسیم برخی از خواص فرمیونیشان را حفظ می‌كنند، ولی كمی شبیه باسن‌ها عمل خواهند‌كرد.
یك جفت فرمیون می‌تواند در جفت دیگری ادغام شود - و جفت تازه در جفتی دیگر ...- تا سرانجام ماده چگال فرمیونی شكل‌گیرد. در اثر این پدیده، گران‌روی (Viscosity) ماده به وجود آمده باید بسیار كم باشد. جفت‌های فرمیون می‌توانند درهم فروروند و شبیه باسن‌ها عمل كنند. مشابه این پدیده را در ابررسانایی می‌بینیم. در یك ابررسانا، جفت‌های الكترون (الكترون‌ها فرمیون اند) می‌توانند بدون هیچ مقاومتی جریان یابند. متأسفانه مطالعه و دسترسی به ابررساناها بسیار مشكل است.
گرم‌ترین ابررسانای امروزی می توانند در دمای (۱۳۵- )درجه سانتیگیراد عمل می‌كند و این بزرگ‌ترین مشكل برای مطالعه و استفاده از آنهاست. قدرت جفت‌شدن شگفت‌انگیز در حالت جدید، دانشمندان را امیدوار كرده‌است كه بتوانند از یافته‌های خود درباره حالت تازه ماده، برای تولید ابررساناها در دمای اتاق استفاده كنند.
