Fysici temmen ook fermionen

Vier jaar geleden dwongen Amerikaanse natuurkundigen een wolkje extreem gekoelde rubidium-atomen voor het eerst in een exotische materietoestand, die jaren eerder door Einstein was voorspeld: het Bose-Einsteincondensaat (BEC)....

De atomen in zo'n condensaat verliezen hun identiteit en vormen samen een soort superatoom. Dat kan omdat rubidiumatomen zogeheten bosonen zijn, deeltjes zonder eigen magnetisch veld (spin).

Volgens de quantumtheorie bestaan er twee soorten, fundamenteel verschillende deeltjesklassen: de spinloze bosonen, en de fermionen met halftallige spins. Bosonen hebben er geen enkel bezwaar tegen zo dicht op elkaar gepakt te worden dat ze niet meer van elkaar te onderscheiden zijn. Fermionen daarentegen willen nooit tegelijk op dezelfde plaats zijn, het zogeheten uitsluitingsprincipe van Fermi.

In het Amerikaanse wetenschappelijke weekblad Science van 10 september beschrijven Debora Jin en Brian DeMarco van de universiteit van Colorado in Boulder voor het eerst afkoelproeven met kalium-40-atomen. Kaliumatomen hebben netto een halftallige spin en zijn dus fermionen.

Zoals verwacht, laten zij zich niet in een superatoom dwingen. In plaats daarvan voegen ze zich echter welin een steeds iets andere energietoestand, precies zoals de elektronen (met hun halve spin ook fermionen) in een atoom zich orderen in steeds hogere banen.

De onderzoekers wijzen in Science op de mogelijkheid om extreem gekoelde fermionen twee-aan-twee samen te koppelen.. Daardoor zouden ze in theorie ongehinderd door andere materie heen moeten kunnen vliegen, precies zoals paren elektronen dat doen in een supergeleider.

Meer over