چگال فرمیونی

چگال فرمیونی ( به انگلیسی: Fermionic condensate ) حالتی از ماده که «دبورا اس جین» ( Deborah S. Jin ) از دانشگاه کلورادو با گروهش در اواخر پاییز ۱۳۸۲، موفق به کشف این شکل تازه ماده شده است، می گوید: «وقتی با شکل جدیدی از ماده روبرو می شوید، باید زمانی را صرف شناخت ویژگیهایش کنید. آنها این ماده تازه را با سرد کردن ابری از پانصد هزار اتم پتاسیم با جرم اتمی ۴۰ تا دمایی کمتر از یک میلیونیم درجه بالاتر از صفر مطلق پدیدآوردند. این اتمها در چنین دمایی بدون گرانروی جریان می یابند و این، نشانه ظهور ماده ای جدید بود. در دماهای پایین تر چه اتفاقی می افتد؟ هنوز نمی دانیم. »
ماده چگال فرمیونی بسیار شبیه ماده چگالش بوز - اینشتین ( BEC ) است. ذرات بنیادی و اتمها در طبیعت می توانند به شکل بوزون یا فرمیون باشند. یکی از تفاوتهای اساسی میان آنها حالتهای کوانتومی مجاز برای ذرات است. تعداد زیادی بوزون می توانند در یک حالت کوانتومی باشند، مثلاً انرژی، اسپین و … آنها یکی باشد، اما مطابق اصل طرد پائولی، دو فرمیون نمی توانند همزمان حالتهای کوانتومی یکسان داشته باشند.
برای همین، مثلاً در آرایش اتمی، الکترونها که فرمیون هستند، نمی توانند همگی در یک تراز انرژی قرار گیرند. در هر اوربیتال تنها دو الکترون که اسپین های متفاوت داشته باشند، جا می گیرد و الکترونهای بعدی باید به اوربیتال دیگری با انرژی بالاتر بروند؛ بنابراین اگر فرمیونها را سرد کنیم و انرژی آنها را بگیریم، ابتدا پایین ترین تراز انرژی پر می شود، اما ذره بعدی باید به ترازی با انرژی بالاتر برود.
وجود ماده چگال فرمیونی همانند ماده چگال بوز - 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 تاکنون ممکن نشده بود. هر دو از فرورفتن اتمها در دماهایی بسیار پایین ساخته می شوند. اتمهای BEC بوزون هستند و اتمهای ماده چگال فرمیونی، فرمیون.