حالت هاى مواد

[azarafrooz 14,221]

كلاً مواد در جهان در شش حالت ظاهر مي شوند :

جامد، مايع، گاز، پلاسما، ماده چگال باس-اينشتين و حالت تازه کشف ‌شده:

ماده چگال فرميونی.

مواد جامد در برابر تغيير شکل مقاومت می‌کنند، آنها سخت و گاهی شکننده اند.

 

مايع‌ها به راحتي تغيير حالت مي دهندو به سختی متراکم می‌گردند و شکل ظرف خود را می‌گيرند.

 

گاز‌ها کم چگال‌تر اند و ساده‌تر متراکم می‌شوند و نه‌تنها شکل ظرف محتويشان را می‌گيرند، بلکه آن‌قدر منبسط می‌شوند تا کاملا آن را پر کنند. در ترموديناميك بررسي قوانين گاز ها از گازهاي كامل استفاده مي شود . اين گازها معمولاً در شرايط استاندارد حالت گاز را به خود مي گيرند.

 

حالت چهارم ماده، پلاسما، شبيه گاز است و اما ذرات سازنده آن يون ها مي باشد. در جهان بيشتر مواد در حالت پلاسماهستند، مثل خورشيد و ساير ستارگان .

پلاسما اغلب بسيار گرم است و می‌توان آن را در ميدان‌های مغناطيسی به دام انداخت.

 

حالت پنجم با نام ماده چگال باس-اينشتين (Bose-Einstein condensate) که در سال ۱۹۹۵ کشف شد، در اثر سرد شدن ذراتی به نام باسن‌ها (Bosons) تا دما‌هايی بسيار پايين پديد می‌آيد. باسن‌های سرد در هم فرومی‌روند و ابر ذره‌ای که رفتاری بيشتر شبيه يک موج دارد تا ذره‌ای معمولی شکل می‌گيرد. ماده چگال باس-اينشتين شکننده‌است وسرعت نور در آن بسيار كم است.

ديبورا جين (Deborah Jin) از دانشگاه کلورادو که گروهش در اواخر پاييز امسال ( ۱۳۸۲ ) موفق به کشف اين شکل تازه ماده شده‌است، می‌گويد: وقتی شکل جديدی از ماده روبرو می‌شويد بايد زمانی را صرف شناخت ويژگی‌هايش کنيد.

آنها اين ماده تازه را با سرد کردن ابری از پانصدهزار اتم پتاسيم – ۴۰ تا دمايی کمتر از يک ميليونيم درجه بالاتر از صفر مطلق پديدآوردند.

اين اتم‌ها در چنين دمايی بدون گران‌روی جريان می‌يابند و اين نشانه ماده جديد بود. در دما‌های پايين‌تر چه اتفاقی می‌افتد؟ هنوز نمی‌دانيم.

 

ماده چگال فرميونی بسيار شبيه ماده چگال باس-اينشتين (BEC) است. هر دو از فرورفتن اتم‌ها در دماهايی بسيار پايين ساخته‌می‌شوند. اتم‌های BEC باسن اند و اتم‌های ماده چگال فرميونی، فرميون. باسن‌ها درهم فرومی‌روند، اما فرميون‌ها اينگونه نيستند.

باسن‌ها اتم‌هايی هستند که می‌توانند در هم فرو روند. به طور کلی اگر تعداد (الکترون + پروتون + نوترون اتمی) عددی زوج باشد، آن اتم يک باسن است.

مثلا اتم‌های سديم معمولی باسن ‌اند و می‌توانند به حالت فاز چگال باس-اينشتين ادغام شوند. اما فرميون‌ها مطابق اصل طرد پائولی نمی‌توانند در يک واحد کوآنتومی در هم ادغام شوند. هر اتمی که تعداد الکترون‌ها + پروتون‌ها + نوترون‌هايش عددی فرد باشد، مثل پتاسيم – ۴۰ يک فرميون است. گروه جين برای مقابله با خواص ادغام‌ناپذيری فرميون‌ها از تاثير ميدان مغناطيسی بر آنها استفاده‌کردند.

 

ميدان مغناطيسی سبب می‌شود اتم‌های تنهای فرميون جفت شوند. قدرت اين پيوند را ميدان مغناطيسی تعيين می‌کند. جفت‌های اتم‌های پتاسيم برخی از خواص فرميونيشان را حفظ می‌کنند، ولی کمی شبيه باسن‌ها عمل خواهند‌کرد. يک جفت فرميون می‌تواند در جفت ديگری ادغام شود - و جفت تازه در جفتی ديگر ...- تا سرانجام ماده چگال فرميونی شکل‌گيرد.

در اثر اين پديده، گران‌روی (Viscosity) ماده به وجود آمده بايد بسيار کم باشد. جفت‌های فرميون می‌توانند درهم فروروند و شبيه باسن‌ها عمل کنند. مشابه اين پديده را در ابررسانايی می‌بينيم. در يک ابررسانا، جفت‌های الکترون (الکترون‌ها فرميون اند) می‌توانند بدون هيچ مقاومتی جريان يابند. متأسفانه مطالعه و دسترسی به ابررسانا‌ها بسيار مشکل است.

گرم‌ترين ابررسانای امروزی مي توانند در دمای (۱۳۵- )درجه سانتيگيراد عمل می‌کند و اين بزرگ‌ترين مشکل برای مطالعه و استفاده از آنهاست. قدرت جفت‌شدن شگفت‌انگيز در حالت جديد، دانشمندان را اميدوار کرده‌است که بتوانند از يافته‌های خود درباره حالت تازه ماده، برای توليد ابررساناها در دمای اتاق استفاده ‌کنند