Esta pregunta se basa en el área de las ecuaciones de estado materiales. Estoy deseando saber que es realmente un Fermi Gas. He buscado en varios lugares una descripción decente, pero no he encontrado ninguna que tenga sentido para mí.
Wikipedia da una definición de un gas ideal de Fermi como
Es la versión mecánica cuántica de un gas ideal, para el caso de las partículas fermiónicas.
Supongo que estoy buscando una descripción más tangible o identificable de Fermi Gas, si es que hay una...
Como un gas ideal, un gas de Fermi está compuesto de partículas que no interactúan. Esto suele ser una idealización: pocos gases están compuestos de partículas que no interactúan por completo, pero no es más una idealización que el gas ideal clásico.
Las diferencias entre las estadísticas de Maxwell-Boltzmann (que produce el gas ideal clásico), las estadísticas de Bose-Einstein (que produce el gas de Bose) y las estadísticas de Fermi-Dirac (el gas de Fermi) se ven más fácilmente a bajas temperaturas y densidades. A altas temperaturas y densidades, las estadísticas de BE y FD se parecen a las estadísticas de MB: estas condiciones suprimen la mayoría de los efectos cuánticos nuevos y novedosos.
A bajas temperaturas, un gas ideal clásico tendrá muchos estados en los que las partículas se distribuyen entre energías y temperaturas. Esto es una consecuencia de que las partículas se distinguen unas de otras. Por otro lado, contiene estados en los que todas las partículas están en el estado de energía más bajo (base).
En las estadísticas de BE, todas las partículas son indistinguibles y, como resultado, las distribuciones extremas (p. ej., todas las partículas en el estado fundamental) se vuelven más probables. Con una ligera diferencia de energía entre el estado fundamental y el primer estado excitado, puede suceder que una gran proporción de partículas permanezcan en el estado fundamental. Esta es la condensación de Bose-Einstein, y es un rasgo característico de un gas de Bose en comparación con el gas ideal clásico.
En las estadísticas de FD, dos partículas no pueden ocupar el mismo estado. Esto impone una seria restricción en la asignación de energías a las partículas, de modo que incluso a temperatura cero, muchos estados excitados están ocupados. Esto se llama presión de degeneración y es el rasgo característico de un gas de Fermi.
Estos tres gases, el gas ideal clásico, el gas de Bose y el gas de Fermi, están compuestos de partículas que se mueven como cabría esperar. Las diferencias aparecen principalmente a bajas temperaturas y densidades y son todas consecuencias de cómo las partículas pueden sentarse en varios estados de energía y si son distinguibles.
Miguel
Joseph