تبلیغات
گروه دیوانگان - ماده باس انشتین
صفحه اول تماس با ما RSS                     قالب وبلاگ
  
گروه دیوانگان
ما دیوانه نیستیم این فقط اسممونه!
aria manavi سه شنبه 6 دی 1390 نظرات ()

شكل جدید ماده

در مدرسه با سه شكل ماده آشنا میشویم: گاز، مایع و جامد. ولی این‌ها نیمی از حالات ماده اند. شش شكل ماده وجود دارد: جامد، مایع، گاز، پلاسما، ماده چگال باس-اینشتین و حالت تازه كشف‌شده: ماده چگال فرمیونی. تمام دانش‌آموزان راهنمایی خصوصیات حالات معمول ماده روی زمین را می‌شناسند. مواد جامد در برابر تغییر شكل مقاومت می‌كنند، آنها سفت و گاهی شكننده اند. مایع‌ها جاری می‌شوند و به سختی متراكم می‌گردند و شكل ظرف خود را می‌گیرند.

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.

حالت چهارم ماده، پلاسما، شبیه گاز است و از اتم‌هایی تشكیل شده‌است كه تمام یا تعدادی از الكترون‌های خود را از دست داده‌اند (یونیده شده‌اند). بیشتر ماده جهان در حالت پلاسماست، مثل خورشید كه از پلاسما تشكیل شده‌است. پلاسما اغلب بسیار گرم است و می‌توان آن را در میدان‌های مغناطیسی به دام انداخت.

حالت پنجم با نام ماده چگال بوز-اینشتین (Bose-Einstein condensate) كه در سال 1995 كشف شد، در اثر سرد شدن ذراتی به نام بوزون‌ها (Bosons) تا دما‌هایی بسیار پایین پدید می‌آید. بوزون‌های سرد در هم فرومی‌روند و ابر ذره‌ای كه رفتاری بیشتر شبیه یك موج دارد تا ذره‌ای معمولی شكل می‌گیرد. ماده چگال بوز-اینشتین شكننده‌است و سرعت عبور نور در آن بسیار كم است.

حالت تازه هم ماده چگال فرمیونی (Fermionic condensate) است. دبورا جین (Deborah Jin) از دانشگاه كلورادو كه گروهش در اواخر پاییز سال 1382 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 – 40 تا دمایی كمتر از یك میلیونیم درجه بالاتر از صفر مطلق پدیدآوردند. این اتم‌ها در چنین دمایی بدون گران‌روی جریان می‌یابند و این نشانه ظهور ماده‌ای جدید بود. در دما‌های پایین‌تر چه اتفاقی می‌افتد؟ هنوز نمی‌دانیم.

ماده چگال فرمیونی بسیار شبیه ماده چگال بوز-اینشتین (BEC) است. ذرلت بنیادی و اتمها در طبیعت می نوانند به شكل بوزون یا فرمیون باشند. یكی از تفاوتهای اساسی میان آنها حالتهای كوانتومی مجلز برای ذرلت است. تعداد زیلدی بوزون می توانند در یك حالت كوانتومی باشند ، مثلا انرژی ، اسپین و ... آنها یكی باشد ، اما مطابق اصل طرد پائولی دو فرمیون نمی توانند همزمان حالتهای كوانتومی یكسان داشته باشند. برای همین مثلا در آرایش اتمی ، للكترونها كه فرمیون هستند نمی توانند همگی در یك تراز انرژی قرار گیرند.در هر اربیتال تنها دو الكترون كه اسپینهای متفاوت داشته باشند جا می گیرد و الكترونهای بعدی باید یه اربیتال دیگری با انرژی بالاتر بروند. ینابراین اگر فرمیونها را سرد كنیم و انرژی آنها را بگیریم ، ابتدا پایینترین تراز انرژی پر می شود ، اما ذره بعدی باید به ترازی با انرژی بالاتر برود. وجود ماده چگال فرمیونی همانند ماده چگال یوز- اینشتین سالها قبل پیش بینی شده و خواص آن محاسبه شده بود ، اما رسیدن به دمای نزدیك به صفر مطلق كه برای تشكیل این شكل ماده لازم است تا كنون ممكن نشده بود. هر دو از فرورفتن اتم‌ها در دماهایی بسیار پایین ساخته‌می‌شوند. اتم‌های BEC بوزون اند و اتم‌های ماده چگال فرمیونی، فرمیون. اما این‌ها به چه معنی اند؟

بوزون‌ها می توانند همگی در یك تراز انرژی قرارگیرند. به طور كلی اگر تعداد الكترون + پروتون + نوترون اتمی عددی زوج باشد، آن اتم یك بوزون است. مثلا اتم‌های سدیم معمولی بوزون ‌اند و می‌توانند به حالت فاز چگال بوز-اینشتین ادغام شوند.

اما فرمیون‌ها مطابق اصل طرد پائولی نمی‌توانند در یك حالت كوآنتومی هم ادغام شوند. هر اتمی كه تعداد الكترون‌ها + پروتون‌ها + نوترون‌هایش عددی فرد باشد، مثل پتاسیم – 40 یك فرمیون است.

گروه جین برای مقابله با خواص ادغام‌ناپذیری فرمیون‌ها از تأثیر میدان مغناطیسی بر آنها استفاده‌كردند. میدان مغناطیسی سبب می‌شود ) فرمیونهای تنها جفت شوند. قدرت این پیوند را میدان مغناطیسی تعیین می‌كند. جفت‌های اتم‌های پتاسیم برخی از خواص فرمیونیشان را حفظ می‌كنند، ولی كمی شبیه بوزون‌ها 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.

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 باید در دمای 135- 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 استفاده‌كنند.

ابررساناها كاربردهای فراوانی در علوم و فن‌آوری فضایی دارند. برای مثال ژیروسكوپ‌هایی كه برای هدایت فضاپیما‌ها در مدار استفاده می‌شوند، با آهن‌ربا‌های ابررسانا بسیار دقیق‌تر كارمی‌كنند. همچنین چون ابررسانا‌ها می‌توانند حامل جریان‌های بیشتر در اندازه‌های كوچكتری نسبت به یك سیم مسی باشند، حجم موتورهایی كه از آنها ساخته‌می‌شود 4 تا 6 برابر كوچك‌تر از موتورهای امروزی فضاپیماها خواهدبود.




درباره وبلاگ
این وبلاگ هم علمی است هم مقداری هم طنز
موضوعات
آخرین مطالب
نویسندگان
آرشیو مطالب
پیوند ها
پیوندهای روزانه
آمار سایت
بازدیدهای امروز : نفر
بازدیدهای دیروز : نفر
كل بازدیدها : نفر
بازدید این ماه : نفر
كل مطالب : عدد
آخرین بازدید :
آخرین بروز رسانی :
href="http://www.1abzar.com">ابزار نظر سنجی

ابزار وبمستر

ابزار وبمستر

ابزار هدایت به بالای صفحه

نایت اسکین-ابزار گوکل پلاس
Susa Web Tools
Susa Web Tools


ابزار امتیاز دهی