Αέριο Φέρμι
αγγλικά : Fermi gas
γαλλικά :
γερμανικά : Fermigas
Ένα ιδανικό αέριο Φέρμι είναι μια κατάσταση ύλης η οποία είναι ένα σύνολο πολλών φερμιόνων που δεν αλληλεπιδρούν. Τα φερμιόνια είναι σωματίδια που υπακούουν στη στατιστική Fermi-Dirac, όπως ηλεκτρόνια, πρωτόνια και νετρόνια, και, γενικά, σωματίδια με ημιακέραιο σπιν. Αυτή ηστατιστική καθορίζει την ενεργειακή κατανομή των φερμιονίων σε ένα αέριο Φέρμι σε θερμική ισορροπία και χαρακτηρίζεται από την πυκνότητα , τη θερμοκρασία και το σύνολο των διαθέσιμων ενεργειακών καταστάσεων. Το μοντέλο πήρε το όνομά του από τον Ιταλό φυσικό Enrico Fermi.
Αυτό το φυσικό μοντέλο μπορεί να εφαρμοστεί με ακρίβεια σε πολλά συστήματα με πολλά φερμιόνια. Μερικά βασικά παραδείγματα είναι η συμπεριφορά των φορέων φορτίου σε ένα μέταλλο, τα νουκλεόνια σε έναν ατομικό πυρήνα, τα νετρόνια σε ένα αστέρι νετρονίων και τα ηλεκτρόνια σε έναν λευκό νάνο.
Ένα ιδανικό αέριο Φέρμι ή ελεύθερο αέριο Fermi είναι ένα φυσικό μοντέλο που προϋποθέτει μια συλλογή φερμιονίων που δεν αλληλεπιδρούν σε ένα πηγάδι σταθερού δυναμικού. Τα φερμιόνια είναι στοιχειώδη ή σύνθετα σωματίδια με σπιν ημιακέραιο , ακολουθώντας έτσι την στατιστική Fermi-Dirac. Το ισοδύναμο μοντέλο για σωματίδια με ακέραιο σπιν ονομάζεται αέριο Bose (ένα σύνολο μη αλληλεπιδρώντων μποζονίων). Σε χαμηλή πυκνότητα αριθμού σωματιδίων και υψηλή θερμοκρασία, τόσο το αέριο Φέρμι όσο και το αέριο Bose συμπεριφέρονται σαν ένα κλασικό ιδανικό αέριο.
Σύμφωνα με την αρχή του αποκλεισμού Πάουλι, καμία κβαντική κατάσταση δεν μπορεί να καταληφθεί από περισσότερα από ένα φερμόνια με το ίδιο σύνολο κβαντικών αριθμών. Έτσι, ένα αέριο Fermi που δεν αλληλεπιδρά, σε αντίθεση με το αέριο Bose, συγκεντρώνει έναν μικρό αριθμό σωματιδίων ανά ενέργεια. Έτσι, απαγορεύεται η συμπύκνωση αερίου Φέρμι σε συμπύκνωμα Bose-Einstein, αν και τα αέρια Φέρμι που αλληλεπιδρούν ασθενώς ενδέχεται να σχηματίσουν ζεύγος Cooper και συμπύκνωμα (επίσης γνωστά ως καθεστώς crossover BCS-BEC). [3] Η συνολική ενέργεια του αερίου Φέρμι στο απόλυτο μηδέν είναι μεγαλύτερη από το άθροισμα της θεμελιώδης καταστάσης ενός σωματιδίου, επειδή η αρχή του Πάουλι συνεπάγεται ένα είδος αλληλεπίδρασης ή πίεσης που κρατά τα φερμόνια χωριστά και κινούμενα. Για το λόγο αυτό, η πίεση ενός αερίου Φέρμι είναι μη μηδενική ακόμη και σε μηδενική θερμοκρασία, σε αντίθεση με εκείνη ενός κλασικού ιδανικού αερίου. Για παράδειγμα, αυτή η λεγόμενη πίεση εκφυλισμού σταθεροποιεί ένα αστέρι νετρονίων (ένα αέριο Φέρμι των νετρονίων) ή ένα λευκό αστέρι νάνου (ένα αέριο Φέρμι των ηλεκτρονίων) ενάντια στην έλξη της βαρύτητας, η οποία φαινομενικά θα οδηγούσε την κατάρευση του άστρου σε μια μαύρη τρύπα. Μόνο όταν ένα αστέρι είναι αρκετά ογκώδες για να ξεπεράσει την πίεση εκφυλισμού μπορεί να καταρρεύσει σε μια μοναδικότητα.
Η μέγιστη ενέργεια των φερμιόνων σε μηδενική θερμοκρασία ονομάζεται ενέργεια Φέρμι. Η ενεργειακή επιφάνεια Φέρμι στον αμοιβαίο χώρο είναι γνωστή ως η επιφάνεια Φέρμι.
Hellenica World - Scientific Library
Από τη ελληνική Βικιπαίδεια http://el.wikipedia.org . Όλα τα κείμενα είναι διαθέσιμα υπό την GNU Free Documentation License
