Fermionický kondenzát alebo fermiho kondenzát je stav hmoty (supratekutá fáza), ktorý je veľmi podobný Boseho-Einsteinovmu kondenzátu. Supertekutiny sú tiež Boseho-Einsteinove kondenzáty, ale medzi oboma typmi kondenzátov existujú dôležité rozdiely vyplývajúce z kvantovej štatistiky častíc. Hlavný rozdiel spočíva v tom, že Boseho-Einsteinove kondenzáty sa skladajú z bozónov, ktoré nemajú obmedzenie na obsadzovanie rovnakého kvantového stavu a preto môžu „kondenzovať“ do jedného makroskopického kvantového stavu. Fermióny (častice s polovičným spinom) podliehajú Pauliho vylučovaciemu princípu a samy osebe nemôžu zdieľať rovnaký kvantový stav. Aby sa napriek tomu dosiahol kolektívny kvantový stav podobný BEC, musia sa fermióny zoskupiť do dvojíc (tzv. páry alebo „molekuly“ z dvoch atómov), ktoré majú celkový celočíselný spin a správajú sa ako bosóny. Tento proces je možné dosiahnuť umelo riadením medzičasticových interakcií — napríklad pomocou magnetického laditeľného Feshbachovho rezonancie — tak, že fermióny vytvoria pevné páry a kondenzujú ako celok.

Vlastnosti fermiho kondenzátu

- Superfluidita: kondenzát môže vykazovať bezviskózne prúdenie a ďalšie znaky supratekutosti podobné superprevodivosti v elektronových systémoch. - Párovanie: základom je vznik párov fermiónov (analóg Cooperových párov v BCS teórii). V závislosti od sily väzby sa systémy pohybujú medzi BEC limitom (silné páry, lokálne viazané molekuly) a BCS limitom (slabé, široko rozložené páry) — tzv. BEC–BCS crossover. - Kvantová koherencia: makroskopický kvantový stav s fázovou koherenciou a charakteristickým energetickým pádom (gap) v excitáciách párov. - Ľahká nastaviteľnosť: v ultrachladných plynoch je možné experimentálne ladit interakcie, teplotu a hustotu, čo umožňuje študovať silne korelované kvantové sústavy v kontrolovaných podmienkach.

Objav Deborah Jin (2003) a experimentálne metódy

Tento stav bol dosiahnutý v decembri 2003 Deborah Jin a jej skupinou. Jin pracovala pre Národný inštitút pre štandardy a technológie na Coloradskej univerzite. Jej tím vytvoril tento stav hmoty ochladením oblaku atómov draslíka-40 na menej ako milióntinu °C nad absolútnu nulu (-273,15 °C, čo je hypotetická najnižšia hranica fyzikálnych teplôt). Na dosiahnutie takýchto nízkych teplôt sa v takýchto experimentoch kombinujú metódy laserového chladenia, dipólové alebo magnetické pasce a následné ochladzovanie pomocou evaporácie; interakcie medzi atómami sa potom ladia pomocou Feshbachovej rezonancie, čím sa umožní tvorba stabilných párov fermiónov. Deborah Jin a jej kolegovia pozorovali kondenzáciu párov fermiónov — teda kolektívne správanie, ktoré jasne preukázalo vznik fermiho kondenzátu. Tento výsledok bol významný, pretože poskytol nový, veľmi čistý experimentálny model na štúdium silne korelovaných fermiónových systémov a BEC–BCS crossoveru.

Význam a aplikácie

Štúdium fermiho kondenzátu má silný prepojenie s ďalšími oblasťami fyziky: pomáha pochopiť mechanizmy supravodivosti a superfluidity, poskytuje modely pre kvantové many-body problémy, a je relevantné pri teóriách popisujúcich husté fermiónové systémy (napr. vnútro neutrónových hviezd). Ultrachladné fermiónové plyny sú tiež cenným testovacím políčkom pre experimentálnu a teoretickú fyziku kvantových sústav. Celkovo fermiho kondenzát predstavuje kľúčový príklad, ako kvantové štatistické vlastnosti častíc a riadené interakcie vedú k novým kolektívnym stavom hmoty, ktoré sa dajú experimentálne pripraviť a detailne študovať.