Fizykom udało się zobrazować parę fermionów

| Astronomia/fizyka
Thomas Hartke, MIT

Podczas przesyłania tracimy około 10% generowanej energii. Niosące ładunek elektrony zderzają się i ocierają o siebie, co powoduje utratę energii w postaci ciepła odpadowego. Wiemy jednak, że gdy elektrony łączą się w pary, mogą przemieszczać się bez tarcia, a zatem i bez utraty energii. Zjawisko to zachodzi w niskich temperaturach. Gdybyśmy potrafili wymusić na elektronach takie zachowanie w temperaturze pokojowej, przyniosłoby to olbrzymie oszczędności. Najpierw jednak musimy dowiedzieć się, jak przebiega łączenie się elektronów w pary. Fizycy z MIT wykonali właśnie ważny krok w tym kierunku – po raz pierwszy w historii wykonali bezpośrednie obrazowanie pary fermionów.

Fermiony to klasa cząstek do której należą elektrony, protony, neutrony oraz niektóre atomy. Uczeni pracowali z atomami potasu-40, które w pewnych nadprzewodzących materiałach zachowują się jak elektrony. Uczeni opracowali technikę pozwalającą nie tylko na obserwowanie tworzenia się par cząstek, ale również na ich pewne wzorce i zachowania.

O swojej pracy, która może posłużyć jako punkt wyjścia do badania tworzenia się par elektronów w nadprzewodnikach, poinformowali na łamach Science. Tworzenie się par fermionów stanowi podstawę nadprzewodnictwa i wielu zjawisk w fizyce atomowej. Dotychczas nikt nie potrafił zobrazować tego zjawiska. Zobaczenie go na ekranie było widokiem zapierającym dech w piersiach, mówi profesor Martin Zwierlein.

Obecnie nie jesteśmy w stanie obserwować łączenia się elektronów w pary. Są one zbyt małe i zbyt szybkie, nie dysponujemy odpowiednimi narzędziami. Dlatego też Zwierlein i jego koledzy musieli poszukać analogicznego systemu wśród atomów. Wykorzystali dobrze znane fermiony, atomy potasu-40. Podczas badań użyli chmury składającej się z około 1000 atomów umieszczonych w bardzo niskiej temperaturze liczonej nanokelwinach. Wykorzystali też macierz optyczną stworzoną z laserów.

Uzyskanie tych obrazów było niezwykle trudne. Atomy oddalały się od siebie, widzieliśmy wielkie puste przestrzenie pomiędzy nimi. Przez lata musieliśmy rozwiązać wiele niezwykle poważnych problemów. Jednak nasi studenci byli bardzo uparci i w końcu zobaczyliśmy oczekiwany obraz, cieszy się Zwierlein.

Autor:

Źródło: MIT

Fizykom udało się zobrazować parę fermionów