Quand un nombre pair de fermions cesse-t-il d'être un boson?

[Resartus]

Bonjour a tous,
Sauf le cas de particules qui sont déjà des bosons naturellement (photons....), la condensation quantique c'est à dire le regroupement des bosons sur leur état de plus basse énergie s'observe sur des fermions en paires (superfluidité, supraconductivité...)
je ne comprends pas cela fonctionne : apparait-il une infinité d'états d'énergie très proches que les fermions sous-jacents occupent sans qu'on puisse les mesurer? Ou bien les fermions ont-il complétement disparu? Je sais bien qu'il faut renoncer à beaucoup d'intuitions sur le "réel" quand on fait de la mecanique quantique, mais là ?
Et qu'est-ce qui ferait que parfois les fermions sont là et parfois non?
En cherchant sur internet je suis tombé sur la phrase suivante :
"Si les ́energies en jeu dans une experience donnee sont suffisament basses pour que l’on n’aille pas sonder la structure composite de cette particule, on peut classer cette particule comme boson ou fermion suivant son spin total".
Cela laisserait donc entendre que la "bosification" n'est pas totale?

Je serais preneur de tout élément de réponse ou de références à consulter sur ce sujet
Merci d'avance
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[invite8865c38b]

Bonjour a tous,
Sauf le cas de particules qui sont déjà des bosons naturellement (photons....), la condensation quantique c'est à dire le regroupement des bosons sur leur état de plus basse énergie s'observe sur des fermions en paires (superfluidité, supraconductivité...)

attention au choix des mots. La condensation en physique quantique désigne un état de la matière: un condensat de Bose-Einstein. C'est un état de la matière où tous (en tout état de cause un nombre macroscopique) les bosons occupent l'état fondamental de plus basse énergie. Les fermions ne condensent pas, ils se regroupent s'apparient pour former des paires. Ca n'est pas dû à la température où à une basse énergie c'est juste que si cela coute moins d'énergie d'avoir des fermions regroupés ils se regroupent. C'est un effet que vous connaissez depuis petit: l'atome d'hydrogène: un proton et un électron se regroupent car cela coute moins d'énergie que d'avoir des atomes séparés.
La superfluidité et la supraconductivité, c'est différent:
superfluidité: deux fermions forment une paire et le liquide constitué de tous les fermions perd sa viscosité
supraconductivité: on a pas de paires de fermions mais des interactions en deux fermions avec l'ensemble des autres fermions. C'est de la physique à N corps.

Il n'y a pas de condensation dans le cadre de la supraconductivité. Il peut par contre y avoir condensation et superfluidité. Mais ,les deux ne sont pas équivalents. En dimension 2 par exemple: pas de condensation possible mais on peut avoir un superfluide

je ne comprends pas cela fonctionne : apparait-il une infinité d'états d'énergie très proches que les fermions sous-jacents occupent sans qu'on puisse les mesurer? Ou bien les fermions ont-il complétement disparu? Je sais bien qu'il faut renoncer à beaucoup d'intuitions sur le "réel" quand on fait de la mecanique quantique, mais là ?

les fermions ne disparaissent pas dans le cas de la superfluidité ils forment juste une paire. S'il on casse la paire on a deux fermions. Comme un atome d'hydrogène: on a un proton et un électron mais on ne "voit" que l'atome d'hygrogène.

Et qu'est-ce qui ferait que parfois les fermions sont là et parfois non?

ils sont toujours là seulement parfois on ne voit seulement que des paires de fermions. Dans le cadre de la transition BEC-BCS (condensat-superfluide vs "paires" de cooper et supra) ce qui fait qu'on verra un superfluide (et potentiellement un condensat) ou des paires de cooper est la valeur d'un paramètre (appelé longueur de diffusion ou "scattering length" et noté usuellement a) par rapport à un autre (appelé l'impulsion de fermi ou "fermi momentum" et noté kf). On appelle ca une transition de phase quantique.

En cherchant sur internet je suis tombé sur la phrase suivante :
"Si les ́energies en jeu dans une experience donnee sont suffisament basses pour que l’on n’aille pas sonder la structure composite de cette particule, on peut classer cette particule comme boson ou fermion suivant son spin total".
Cela laisserait donc entendre que la "bosification" n'est pas totale?

ce n'est pas cela. En fait il s'agit de pouvoir sonder ou non la particule. Dans le cas d'un proton par exemple: si je prend un proton et que j'envoie dessus une particule très peu énergétique. le proton va apparaitre comme ponctuel et on aura une collision "semblable" entre deux billes. Je ne vois pas la structure du proton et on a l'impression que c'est une particule simple.

En revanche si j'envoie une particule très énergétique sur mon proton je vais pouvoir voir et sonder la composition interne de celui ci. Je vais "voir" qu'il est constitué de pleins de choses (les quarks et des gluons). On appelle ca "deep inelastic scattering". Le principe est exactement le meme avec ma paire de fermions: peu d'énergie je vois juste des bosons, à plus grande énergie je vois que mes bosons sont constitués de fermions.

Je serais preneur de tout élément de réponse ou de références à consulter sur ce sujet
Merci d'avance

référence sur quoi? Quel niveau en physique avez-vous?
pour tout ce qui est superfluidité, condensation de bose, supraconductivité vous pouvez chercher dans le domaine des atomes froids mais sans connaissance préalable en mécanique quantique ca va etre ardu et il vous faudra vous contenter de la vulgarisation et pas d'un vrai cours sur le sujet.

[Resartus]

Mes connaissances en mécanique quantique sont effectivement un peu rouillées (DEA de physique du solide il y a plus de 30 ans...) et à l'époque il semblait naturel de parler de condensat de bose einstein pour l'helium 4 superfluide. Suite à vos remarques, je vois qu'aujourd'hui on est plus restrictif sur la comparaison...

Je vais essayer d'approfondir sur les mots clés que vous m'avez indiqué pour l'impulsion de fermi et la transition de phase quantique, et de comprendre le texte de dalibard dont est tiré l'extrait que j'avais cité

Tous mes remerciements pour votre réponse.

[invite8865c38b]

effectivement on a longtemps cru que superfluidité et condensat était synonyme (quand on avait l'un on avait l'autre) mais on s'est aperçu que ca n'est pas toujours le cas (notamment en dimension 2).
Jean dalibard est une très bonne référence (un monstre du domaine) si vous le souhaitez voilà deux cours sur les gaz ultrafroids niveau DEA:
http://www.phys.ens.fr/IMG/pdf/atome...10dalibard.pdf (le chapitre 8 traite des gaz quantiques et des condensats)

http://www.phys.ens.fr/IMG/pdf/atome...vy_S1_2010.pdf (traite des fermions et de la transition superfluide-paires de cooper)

[A voir en vidéo sur Futura]

[Resartus]

Wouah! Je crois que cela dépassera largement mon niveau de compétence... Je crois que je vais d'abord commencer par son cours généraliste sur la MQ , et notamment la première partie sur les systèmes de fermions et bosons... Ensuite, plus si affinités
Merci encore de vos conseils...