شنبه, ۳۰ تیر, ۱۴۰۳ / 20 July, 2024
شکل جدید ماده
![شکل جدید ماده](/web/imgs/16/156/6p9yq1.jpeg)
در مدرسه با سه شکل ماده آشنا میشویم: گاز، مایع و جامد. ولی اینها نیمی از حالات ماده اند. شش شکل ماده وجود دارد: جامد، مایع، گاز، پلاسما، ماده چگال باس-اینشتین و حالت تازه کشفشده: ماده چگال فرمیونی. تمام دانشآموزان راهنمایی خصوصیات حالات معمول ماده روی زمین را میشناسند. مواد جامد در برابر تغییر شکل مقاومت میکنند، آنها سفت و گاهی شکننده اند. مایعها جاری میشوند و به سختی متراکم میگردند و شکل ظرف خود را میگیرند.
گازها کم چگالتر اند و سادهتر متراکم میشوند و نهتنها شکل ظرف محتویشان را میگیرند، بلکه آنقدر منبسط میشوند تا کاملا آن را پر کنند.
حالت چهارم ماده، پلاسما، شبیه گاز است و از اتمهایی تشکیل شدهاست که تمام یا تعدادی از الکترونهای خود را از دست دادهاند (یونیده شدهاند). بیشتر ماده جهان در حالت پلاسماست، مثل خورشید که از پلاسما تشکیل 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) که در سال ۱۹۹۵ کشف شد، در اثر سرد شدن ذراتی به نام بوزونها (Bosons) تا دماهایی بسیار پایین پدید میآید. بوزونهای سرد در هم فرومیروند و ابر ذرهای که رفتاری بیشتر شبیه یک موج دارد تا ذرهای معمولی شکل میگیرد. ماده چگال بوز-اینشتین شکنندهاست و سرعت عبور نور در آن بسیار کم است.
حالت تازه هم ماده چگال فرمیونی (Fermionic condensate) است. دبورا جین (Deborah Jin) از دانشگاه کلورادو که گروهش در اواخر پاییز سال ۱۳۸۲ موفق به کشف این شکل تازه ماده شدهاست، میگوید: وقتی شکل جدیدی از ماده روبرو میشوید باید زمانی را صرف شناخت ویژگیهایش کنید. آنها این ماده تازه را با سرد کردن ابری از پانصدهزار اتم پتاسیم ۴۰ تا دمایی کمتر از یک 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 شکل بوزون یا فرمیون باشند. یکی از تفاوتهای اساسی میان آنها حالتهای کوانتومی مجلز برای ذرلت است. تعداد زیلدی بوزون می توانند در یک حالت کوانتومی باشند ، مثلا انرژی ، اسپین و ... آنها یکی باشد ، اما مطابق اصل طرد پائولی دو فرمیون نمی توانند همزمان حالتهای کوانتومی یکسان داشته باشند. برای همین مثلا در آرایش اتمی ، للکترونها که فرمیون هستند نمی توانند همگی در یک تراز انرژی قرار گیرند.در هر اربیتال تنها دو الکترون که اسپینهای متفاوت داشته باشند جا می گیرد و الکترونهای بعدی باید یه اربیتال دیگری با انرژی بالاتر بروند. ینابراین اگر فرمیونها را سرد کنیم 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 نزدیک به صفر مطلق که برای تشکیل این شکل ماده لازم است تا کنون ممکن 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 یک تراز انرژی قرارگیرند. به طور کلی اگر تعداد الکترون + پروتون + نوترون اتمی عددی زوج باشد، آن اتم یک 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 یک حالت کوآنتومی هم ادغام شوند. هر اتمی که تعداد الکترونها + پروتونها + نوترونهایش عددی فرد باشد، مثل پتاسیم ۴۰ یک فرمیون است.
گروه جین برای مقابله با خواص ادغامناپذیری فرمیونها از تأثیر میدان مغناطیسی بر آنها استفادهکردند. میدان مغناطیسی سبب میشود ) فرمیونهای تنها جفت شوند. قدرت این پیوند را میدان مغناطیسی تعیین میکند. جفتهای اتمهای پتاسیم برخی از خواص فرمیونیشان را حفظ میکنند، ولی کمی شبیه بوزونها عمل خواهندکرد. یک جفت فرمیون میتواند در جفت دیگری ادغام شود - و جفت تازه در جفتی دیگر ...- تا سرانجام ماده چگال فرمیونی شکلگیرد.
در اثر این پدیده، گرانروی (Viscosity) ماده به وجود آمده باید بسیار کم باشد.
مشابه این پدیده را در ابررسانایی میبینیم. در یک ابررسانا، جفتهای الکترون (الکترونها فرمیون اند) میتوانند بدون هیچ مقاومتی جریان یابند. متأسفانه مطالعه و دسترسی به ابررساناها بسیار مشکل است. گرمترین ابررسانای امروزی باید در دمای ۱۳۵- درجه سانتیگیراد عمل میکند و این بزرگترین مشکل برای مطالعه و استفاده از آنهاست. قدرت جفتشدن شگفتانگیز در حالت جدید، دانشمندان را امیدوار کردهاست که بتوانند از یافتههای خود درباره حالت تازه ماده، برای تولید ابررساناها در دمای اتاق استفادهکنند.
ابررساناها کاربردهای فراوانی در علوم و فنآوری فضایی دارند. برای مثال ژیروسکوپهایی که برای هدایت فضاپیماها در مدار استفاده میشوند، با آهنرباهای ابررسانا بسیار دقیقتر کارمیکنند. همچنین چون ابررساناها میتوانند حامل جریانهای بیشتر در اندازههای کوچکتری نسبت به یک سیم مسی باشند، حجم موتورهایی که از آنها ساختهمیشود ۴ تا ۶ برابر کوچکتر از موتورهای امروزی فضاپیماها خواهدبود.
منبع :www.physicsir.com
تعمیرکار درب برقی وجک پارکینگ
دورههای مدیریتی دانشگاه تهران
فروش انواع ژنراتور دیزلی با ضمانت نامه معتبر
ویدیوهای آموزشی هفتم
مسعود پزشکیان ایران دولت چهاردهم پزشکیان دولت محمدجواد ظریف رئیس جمهور انتخابات انتخابات ریاست جمهوری ظریف مجلس شورای اسلامی برجام
تهران پشه آئدس هواشناسی سازمان هواشناسی شهرداری تهران قتل وزارت بهداشت گرمای هوا پلیس گرما سلامت شهر تهران
واردات خودرو خودرو برق دولت سیزدهم قیمت خودرو قیمت دلار مایکروسافت حقوق بازنشستگان قیمت طلا بازنشستگان بازار خودرو مسکن
تلویزیون فضای مجازی سریال محرم عاشورا سینمای ایران کربلا امام حسین (ع) امام حسین سینما موسیقی فیلم
فناوری اختلال جهانی
رژیم صهیونیستی یمن اسرائیل فلسطین غزه دونالد ترامپ آمریکا روسیه تل آویو جو بایدن ترامپ چین
فوتبال پرسپولیس استقلال لیگ برتر ایران نقل و انتقالات باشگاه پرسپولیس نقل و انتقالات لیگ برتر لیگ برتر باشگاه استقلال تراکتور علی علیپور علیرضا بیرانوند
فیلترینگ ناسا فیلترشکن هوش مصنوعی سیاره زهره امنیت سایبری ویندوز سامسونگ گوگل تبلیغات موبایل عیسی زارع پور
افسردگی کاهش وزن بارداری سلامت روان