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那是不是可以理解为把电子当成胡椒面撒在超流体上,电子就跟随超流流动了,然后就超导了?听着不错,但事情没有那么简单。
基本粒子可以分为玻色子和费米子,这两种粒子有个最大的区别,就是同一能量状态,能容纳几个粒子。
玻色子是这样的粒子:可以有无限个玻色子处在同一个能量状态。
费米子比较特殊,一个系统里的能量态中,只能有一个费米子,来第二个就不行,这就是著名的泡利不相容原理。
当然,一个能量状态中如果已经有一个费米子了,玻色子还是可以进来的。
世界上所有量子粒子都可以分为这两种。
譬如,光子是玻色子,胶子是玻色子,电子是费米子,质子是费米子,中子是费米子,等等。
回到上面说到的,是不是直接把电子当成胡椒面撒在超流上就超导了?并非如此,电子是费米子,所以电子无法通过降温变成玻色-爱因斯坦凝聚,从而获得超流的性质。
为了获得超导,我们先要让带电粒子变成玻色子,才能发生玻色-爱因斯坦凝聚,变成带电的超流,这样才能超导。
最开始解决这个问题的是三个美国物理学家巴丁(Bardeen)、库珀(Cooper)、施莱弗(Schreiffer)。
他们三个人发明的理论叫BCS理论,1972年获得了诺贝尔物理学奖。
这个理论说的是,两个电子通过与原子的作用交换声子,结合在一起形成一个电子对,这个电子对叫“库珀对”
(Cooperpair),就是BCS里那个C发明的。
什么是声子?其实就是原子,或者晶格的机械振动,这个振动也是量子化的,所以叫声子。
粒子间的相互作用力表现为粒子的交换,两个电子交换声子就好像受到了彼此的吸引一样,绑在了一起。
两个电子绑在一起有两个单位电荷,这个电子对作为一个整体变成了玻色子。
既然库珀对是玻色子,降温就能发生玻色-爱因斯坦凝聚,就可以超流了,带电的超流就形成了超导体。
超导离商用还有一段距离,因为超导的工作温度太低,通常至少要零下100多摄氏度。
要在长距离输电线周围长期保持如此低温,不仅成本高,工程难度也非常大。
但是超导的工作温度在不断被升高,相信有一天超导线路会是我们生活中的标配。
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