Фото ферми-газа, где каждая полоса — это облако фермионов
Ферми-газ – газ, который состоит из фермионов – частиц с полуцелым спином, подчиняющихся статистике Ферми-Дирака. Вещество в данном состоянии проявляет квантовомеханические эффекты.
Статистика Ферми-Дирака
Данная квантовая статистика позволяет предсказывать вероятность нахождения фермионов в том или ином объеме ферми-газа. Применяется только к частицам с полуцелым спином (фермионам) и учитывает принцип Паули. Согласно этому принципу, в отличие от бозонов, фермионы не способны находиться одновременно в одном состоянии (в т. ч. и в одной точке).
Отсутствие принципа Паули для бозонов и наличие — для фермионов. Каждая линия — состояние частицы. Как видно из рисунка — бозоны находятся одновременно в одном состоянии, тогда как фермионы не способны на это.
При нулевой температуре частицы бозе-газа попадают в наиболее энергетически выгодное состояние. В отличие от бозе-газа, в силу принципа запрета Паули, частицы ферми-газа не способны одновременно находиться в этом состоянии. По этой причине, когда одна частица займет это наиболее выгодное состояние с нулевой энергией, другие частицы все также будут иметь кинетическую энергию, и общая энергия системы такого газа при нулевой температуре не будет равняться нулю.
Ярчайшим примером ферми-газа является электронный ферми-газ в металлах.
