物质的第六形态

4.物质的第六形态

物质除了有玻色——爱因斯坦凝聚态以外，还有一种凝聚态叫作“费米子凝聚态”，即物质的第六种形态。2004年1月29日，物质的第六种形态由美国标准技术研究院以及美国科罗拉多大学组成的联合研究小组宣布。该新物质是由在接近绝对零度的温度下过度冷却的气态原子团构成的，研究者希望这一新物质能有助于未来室温超导体的研制。专家认为，这一成果为人类认识物质世界打开又一扇大门，具有重大的理论和实践意义。

那么，究竟什么是费米子凝聚态呢？实际上，它是与第五种物质形态直接相关的一种物质形态，也是物质在量子状态下的形态。不过，处于“费米子凝聚态”的物质还不能被认为是超导体。

量子力学认为，自然界中的颗粒可以分为两类：一类是玻色子；一类是费米子。这两类颗粒具有一定区别，它们具有不同特性，最明显的是在极低温时候。玻色子一般情况下是全部聚集在同量子态上，从而形成玻色——爱因斯坦凝聚态，也就是物质的第五种形态，它由玻色子构成，像一个超级大原子。而费米子则与之相反，它们是比较独立的一类，各自占据着不同的量子态，由费米子构成，遇到特别低的温度时，就会逐渐占据最低能态，但它们是在不同能态上堆叠起来的，一节一节的，因此从整体上来看，就像是楼梯上站满了人。

费米子光储存实验

那么，费米子是怎么被发现的呢？它是被美国标准技术研究院和美国科罗拉多大学的科学家组成的联合研究小组发现的， 他们打破传统理论上的不可能，发现了一个能够克服费米子的凝聚障碍的方法，将费米子先转换成玻色子，然后再根据玻色子凝聚的原理进行费米子凝聚。

于是，德博拉·金领导的联合研究小组进行了精心的研究，他们将具有费米子特征的钾原子气体冷却到绝对零度以上的十亿分之一，这时候的钾原子便停止了运动。我们知道绝对零度就相当于零下273.15℃，可想而知它的十亿分之一的温度有多么低。如果仅仅是用激光冷却的方法，远远达不到费米子凝聚所要求的温度。正由于此，需要把原子放到“磁杯”中进行蒸发冷却。于是他们就将气体约束在真空小室中，并采用磁场和激光同时使钾原子进行配对，最后终于成功地创造出“费米子凝聚态”。

费米子超导体

我们知道，费米子本身不是导体，这是由于它所使用的原子比电子重得多，并且各个原子对之间的吸引力比超导体中电子对的吸引力要强得多。但是，费米子凝聚态研究建立在玻色——爱因斯坦凝聚态的研究基础上，这对于超导技术的发展有很广阔的前景，也就是说有利于下一代超导体的诞生。超冷气体中形成的费米子，为研究超导的机理提供了一个崭新的物质工具。只是现在的技术还不能使所有费米子都可以发生费米冷凝，即使能够获得冷凝体，也是比较脆弱的。不过，相信随着科学技术的不断发展，费米子在超导体上的贡献终有一天会实现的。如果真的有这么一天，新产生的超导体技术可在电力工程、电能输送、电动机与发电机的制造、磁流体发电、超导磁悬浮列车、超导计算机、超导电子器件、地球物理勘探、地质学、生物磁学、高能加速器与高能物理研究等众多领域和学科中大显身手。

知识小百科

你知道为什么超导体比其他普通的导体有更巨大的能力吗

其实这与超导体本身的性质有密切关系，超导体的特殊性质是电阻为零，并且还具有完全的抗磁性。而普通的导体根据材料的不同，所具有的电阻大小也不一样。这是超导体和普通导体最本质的区别。根据超导体的特性，目前它能够广泛应用于能源、交通、医疗卫生、电子技术、受控热核发电和军事等诸多领域。并且，超导体的发展将会对人类社会产生巨大的影响，许多著名科学家都认为超导技术将是21世纪关键技术之一，它将形成一门重要的、新的高技术产业。还有人预测，在2013年左右，将会出现一个相当规模的超导工业。