Kvantumgázok

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

A kvantumgázok olyan gázok, amelyeket bizonyos kvantumállapot szerint vizsgálunk, rendszerint alacsony hőmérsékleten való viselkedésük alapján kvantumstatisztikai módszereket követve.

Erősen kölcsönható (Li) gáz gyors expanziójának pillanatképei 0,1-tól 2 ms-ig exponálva

Állapotsűrűség[szerkesztés]

Kvantummechanikai megközelítésben minden részecskét hullámfüggvény alapján írunk le. Ha a részecskék között nincsen kölcsönhatás, az energia sajátértékek síkhullám függvény szerint alakulnak: . A peremfeltételek a k hullámvektorra vonatkozóan a következőképpen kvantáltak: , . A részecske energiája: , ahol .

Az állapotsűrűséget a részecske sajátenergia integráljával kapjuk: , ahol g(E) az energiaállapotok számát jelenti E és E + dE közt.

Erősen kölcsönható Fermi-gáz[szerkesztés]

A Fermi-gáz alapkoncepciója a következő: A nukleonok az atommagban egymástól függetlenül mozognak mélységű és sugarú derékszögű potenciálvölgyben. Ezt összhangban van azzal a ténnyel, hogy a nukleonsűrűség és az egy nukleonra jutó kötési energia a nehéz atommagokban hozzávetőleg állandó. A Heisenberg- reláció szerint a részecske helyével és impulzusával kapcsolatos határozatlanságok: , és . Összeszorozva megkapjuk a fáziscella térfogatát: . Továbbá érvényes, hogy a Fermi-gáz elfajult, azaz a klasszikus ideális gáz tulajdonságaitól viselkedése eltér. Az atommagban a nukleonsűrűség nagy, a hőmérséklet viszont alacsony.

Egy gáz általános állapotegyenletei közti kapcsolatot a termodinamikai paraméterek összessége határozza meg. Viselkedése felvilágosítást ad arra nézve, hogy ezek alapján a rendszer bozon vagy fermion jellegű szabadságfokkal rendelkezik, illetve a fázisátmenet kritikus pontjairól egyaránt. Az erősen kölcsönható Fermi-gázok állapotegyenletének számbavétele rendkívül fontosnak bizonyult neutroncsillagok modellezésekor. A gáz kémiai potenciálja (μ ) és sűrűsége közti összefüggés, ha λ a de Broglie hullámhossz, és , akkor . In situ sűrűség profilok elemzéséből relatíve könnyen eljuthatunk az erősen kölcsönható Fermi-gáz állapotegyenletéhez. Ez elviekben is közelebb visz az ilyen rendszerekre jellemző N-test problémák megoldásához (ilyen pl. Svistunov és Prokofev Monte-Carlo módszere).

Spin transzport Fermi-gázokban[szerkesztés]

Különösen erősen kölcsönható Fermi-gázokban figyelhető meg ez a jelenség. Egy adott atom számára a közepes szabad úthossz a részecskék közti térben két ütközés között a lehető legkisebb. A térben elkülönítve lévő két spin komponense ilyen típusú gázokban egymásra hatást gyakorolhatnak, mert a részecskék a gázban a mozgás során olyan erős kölcsönhatásban vannak, amely elegendő ahhoz, hogy a spin irányát az ellenkezőjére változtassák. Egyensúly közelében a spin diffúziós együtthatója, a spin szuszceptibilitás a rezonancia, a hőmérséklet függvénye. Normál körülmények között a már ismert termodinamikai törvények alapján viselkednek, elfajult gáznál a spin diffúziós koefficiense megközelíti a -et.

Forrás[szerkesztés]

Fényes. Atommagfizika I. : [egyetemi tankönyv (hu nyelven). Debrecen: Debreceni Egyetemi K (2009). ISBN 978-963-473-328-7 

National Library of Medicine: Universal spin transport in a strongly interacting Fermi gas

Martin Zwierlein (Atomic, Molecular and Optical Physics Group; MIT-Harvard Center for Ultracold Atoms) Ultracold Quantumgases