Az anyag új állapotát fedezték fel

Az anyag újabb, eddig ismeretlen állapotát hozták létre fizikai laboratóriumokban: fermionokkal valósítottak meg Bose-Einstein-kondenzátumot. Korábban ez csak bozonokkal sikerült.

A Bose-Einstein-kondenzátum létrehozása 1995-ben az év legnagyobb fizikai szenzációja volt, a felfedezők 2001-ben Nobel-díjat kaptak. A nagyon erősen lehűtött, lelassult mozgású atomokat mágneses csapdába ejtették, szinte mozdulatlanságra kényszerítették. Az abszolút nulla fokot a fok milliárdod részére megközelítve az anyag új halmazállapotba került - ennek a létezését Bose és Einstein az 1920-as években megjósolta. Ilyenkor az atomok egyetlen kvantumállapotba kerülnek, összességük úgy viselkedik, mint egyetlen szuperrészecske, ami magasabb hőmérsékleten kivihetetlen. Az első kísérletekben rubídium-, később lítium- és nátriumatomokkal hozták létre az új állapotot. Ezek az atomok bozonok.

A Bose nevét viselő bozonok olyan részecskék, amelyek saját impulzusmomentuma az impulzusmomentum-egység egész számú többszöröse (0, 1, 2,...). Bozon példul a foton, a pi-mezon, az alfa-részecske. Ha egy részecske nem bozon, akkor csak fermion lehet, vagyis feles vagy félegészes (1/2, 1 1/2,...) saját impulzusmomentummal rendelkezik. (A fermionok Enrico Fermiről kapták nevüket.) Fermion például az elektron, a kvarkok, a proton és a neutron.

A fermionok közös jellemzője, hogy érvényes rájuk a Pauli-féle kizárási elv. Eszerint egy adott kvantumállapotban mindig csak egyetlen fermion tartózkodhat, két fermion már nem lehet azonos kvantumállapotban. A Bose-Einstein-kondenzátumnak viszont éppen az a lényege, hogy valamennyi részecske azonos kvantumállapotban van. Az ellentmondás feloldhatatlannak látszik. A megoldás elvben mégis egyszerű: a fermionok párokba rendeződnek, saját impulzusmomentumaik összeadódnak, feles helyett egész értékkel rendelkeznek, vagyis a fermion pár bozonként viselkedik. A Colorado Egyetemen fermion kálium atomokkal hozták létre a Bose-Einstein-kondenzátumot.

Az új anyagforma részletes tanulmányozása segíthet a szupravezetés még teljesebb megértésében. Az alacsony hőmérsékleten megvalósuló szupravezetésnél az elektronok párokba rendeződnek. A két különböző jelenségnek nyilván vannak közös vonásai is. A szupravezetés további tanulmányozása a remények szerint elvezet majd a szobahőmérsékleten működő szupravezetők megalkotásához. Ennek gyakorlati haszna, következményei óriásiak lehetnek. Az elektromos áram szállítása közben elszenvedett veszteségek kiküszöbölése hatalmas gazdasági haszonnal járna. A szupravezetőknek már ma is vannak fontos gyakorlati alkalmazásai: szupravezetőkkel hozzák létre az erős mágneses teret az orvosi diagnosztika fontos eszközében, a mágnesesrezonancia-képalkotó (MRI) berendezésben, a lebegő mágnesvasútnál vagy a nagy részecskegyorsítókban.

Jéki László