Raziman tiene razón. Solo voy a dar más detalles, ya que su respuesta hace que parezca que no podemos hacer nada con fermiones … ¡pero podemos!
Un condensado de Bose-Einstein es lo que llamamos un gas de bosones muy cerca de 0K que ocupa el estado fundamental más bajo . Los átomos con un número impar de neutrones, protones y electrones forman un fermión , no un bosón .
Un bosón es una partícula con espín entero. Los fotones, gluones y bosones W y Z tienen espín entero. Obedecen las estadísticas de Bose-Einstein (por definición) y todos pueden ocupar el mismo estado, una característica clave para los BEC. Un átomo se clasifica como un bosón compuesto o un fermión compuesto dependiendo del número total de protones, electrones y neutrones que contiene. Helium-4 contiene 2 protones, 2 neutrones, 2 electrones y es un bosón compuesto . Un hecho divertido que puede no ser general: un átomo neutro puede ser un bosón o un fermión, dependiendo SOLO de la cantidad de neutrones que tenga: isótopos.
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No podemos hacer un BEC con fermiones, eso no tiene sentido. Sin embargo, ha habido desarrollos recientes que descubren una nueva fase de la materia, un llamado FDC (Fermion-Dirac Condensate). El grupo Hulet en la Universidad de Rice ha estado haciendo una gran investigación en esta área con Lithium-6 (fermion) y Lithium-7 (boson). El litio tiene 3 protones, 3 electrones y 3 o 4 neutrones, según el isótopo del que hablemos. Aquí está el procedimiento general (estudios fermiónicos en 6Lithium):
- cargar átomos en una trampa magneto-óptica (MOT)
- Doppler-enfriar los átomos
En este punto, el enfriamiento por evaporación para eliminar la cola de la distribución del pozo maxilar y dejar que el resto de los átomos se retermalicen gradualmente disminuirá la temperatura promedio del gas.
Por ejemplo, comenzamos con la línea verde que se muestra aquí, que tiene una temperatura promedio bastante alta, y cortamos la cola en el extremo derecho. Éstos consisten en un número reducido de átomos con velocidades realmente altas (energía, temperatura) y su eliminación provoca que la retermalización se acerque a algo que se parece a la curva azul [nota: esta es una visualización de una distribución 3D de pozo maxilar].
Y tenemos un BEC. Pero esto no funciona para los fermiones porque los fermiones no pueden ocupar el mismo estado (suelo). Debido a que no pueden ocupar el mismo estado, el enfriamiento por evaporación no es exitoso ya que el gas no puede volver a termalizarse. Sin embargo, resulta que al mezclar Lithium-6 y Lithium-7 juntos, puede enfriar Lithium-7 y dejar que enfríe con simpatía Lithium-6.
El objetivo no era crear un llamado condensado de Fermion-Dirac, sino ver cuán pequeño podemos reducir esa nube de fermiones o cuán frío podemos hacer que el gas esté. [Fermiones contra bosones cerca del cero absoluto]
Enfriamento evaporativo
Este es un concepto simple que quería elaborar un poco, pero la idea es simple. Imagine que nuestros átomos se encuentran en un pozo potencial que es infinitamente grande en comparación con las excitaciones térmicas promedio del gas. Los átomos están atrapados y no pueden escapar del pozo (IE: no pueden volar lo suficientemente alto como para llegar al borde). Luego, al controlar el pozo, lo haremos más pequeño para que átomos particulares que sean increíblemente enérgicos puedan saltar y escapar, lo que deja muchos átomos más fríos y menos energéticos que pueden o no chocar con los otros átomos.
