Quantennachahmung: Forscher finden einen neuen Weg, wie sich Bosonen wie Fermionen verhalten

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Bosonen und Fermionen, die beiden Klassen, in die alle Teilchen – vom Subatom bis zu den Atomen selbst – eingeteilt werden können, verhalten sich unter den meisten Umständen sehr unterschiedlich. Während sich identische Bosonen gerne versammeln, neigen identische Fermionen dazu, unsozial zu sein. In einer Dimension – stellen Sie sich vor, Teilchen, die sich nur auf einer Linie bewegen können – können jedoch so abstandslos werden wie Fermionen, so dass keine zwei die gleiche Position einnehmen. Nun zeigen neue Forschungen, dass dieselben Ding-Bosonen, die wie Fermionen wirken, mit ihren Geschwindigkeiten auftreten können. Das Ergebnis trägt zu unserem grundlegenden Verständnis von Quantensystemen bei und könnte die Entwicklung von Quantengeräten beeinflussen.

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“Alle Teilchen in der Natur kommen in einer von zwei Arten, abhängig von ihrem ‘Spin’, einer Quanteneigenschaft, die in der klassischen Physik kein wirkliches Analogon hat”, sagte David Weiss, Distinguished Professor of Physics an der Penn State und einer der Leiter des Forschungsteams. Bosonen, deren Spins ganze ganze Zahlen sind, können sich denselben Quantenzustand teilen, während Fermionen, deren Spins halbzahlige Zahlen sind, dies nicht können. Wenn die Teilchen kalt oder dicht genug sind, verhalten sich Bosonen völlig anders als Fermionen. Bosonen bilden ‘Bose-Einstein-Kondensate’, die sich im gleichen Quantenzustand versammeln. Die Fermionen hingegen füllen die verfügbaren Zustände nacheinander aus, um ein so genanntes ‘Fermi-Meer’ zu bilden”.

Forscher am Penn State haben nun experimentell nachgewiesen, dass sich bei der Ausdehnung von Bosonen in einer Dimension – die Linie der Atome darf sich ausdehnen, um länger zu werden – ein Fermi-Meer bilden kann. Ein Papier, das die Forschung beschreibt, erscheint am 27. März 2020 in der Zeitschrift Science.

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