Svar:
Det finns två olika typer av partiklar i naturen:

Dels elektroner,
protoner etc
som har halvtaligt spinn och som uppfyller Pauliprincipen. Detta
innebär att två partiklar
inte kan vara i samma kvanttillstånd. De kan inte heller vara i samma punkt. De
kallas för fermioner.

Dels finns det partiklar med heltaligt spinn (bosoner) som till exempel fotoner, alfapartiklar, He-atomer osv.
Dessa partiklar "bryr sig inte om" Pauliprincipen utan
tvärtom trivs de tillsammans och
vill helst av allt befinna sig i samma kvanttillstånd.

Det är bosoner som kan bilda ett Bose-Einstein-kondensat.
Ett liknande tillstånd
bildas av laserljus. Fotonerna stimuleras här av att alla
befinner sig i samma tillstånd (samma energi och
utbredningsriktning). I en vanlig gas av bosoner hindrar
värmerörelsen partiklarna
från att samlas i samma tillstånd. Sänker man däremot
temperaturen så inträffar
en plötslig övergång till ett Bose-Einstein-kondensat
där flertalet av partiklarna
är samlade i samma kvanttillstånd som är grundtillståndet.
De flesta av partiklarna har
då samma vågfunktion.

Förhoppningsvis kan denna beskrivning förstås av både lärare och elever!

Länk: 1997 års nobelpris i fysik tilldelades fysiker som utvecklat
tekniken att kyla gaser till mycket låga temperaturer.
På denna länk kan Du läsa om
detta: The Nobel Prize in Physics 1997. Du finner också tips på annan litteratur.

Här är ett utdrag från Wikipedias definition:

Bose–Einstein-kondensat är ett aggregationstillstånd som materia kan övergå till vid extremt låga temperaturer. Då sjunker atomernas inre energi, och därmed deras rörelsemängd, vilket leder till att osäkerheten i deras position ökar. När osäkerheten överstiger avståndet mellan bosoner (atomer med heltaligt spinn), blir atomerna ourskiljbara partiklar. De hamnar i samma kvantmekaniska grundtillstånd med samma vågfunktion. Atomernas fas blir koherent och det kan ge upphov till interferens- och diffraktionsmönster på ett sätt som är jämförbart med laserljus. (Bose–Einstein-kondensat)
/GO/lpe 2000-04-06

Svar:
Enligt kvantmekaniken kan en elektron i atomens elektronkal endast befinna sig i vissa tillstånd. Enligt
Pauliprincipen kan två elektroner aldrig befinna sig i samma tillstånd.

Analogi Man placerar elektronerna i atomens elektronskal ungefär
som böcker i en bokhylla. På varje plats får det bara rum en bok.

Varje elektron har fyra olika kvanttal: n, l, m, m_s.

Det är svårt att ge en exakt definition av dem på "gymnasiefysiknivå". Istället
får vi ge en enkel bild enligt Bohrs atommodell.

n betecknar antalet nollställen i den radiella vågfunktionen + 1.

l anger hur utdragen banan är.

m anger hur banans plan lutar.

m_s anger om spinnet är upp eller ner.

Ett röntgenspektrum uppkommer om man lyckas ta bort en elektron från ett inre skal
i atomen. När någon av de yttre elektronerna "hoppar in" till den tomma platsen
så sänds en röntgenfoton ut.
/GO 1998-04-09

Svar:
Wikipedia (Supraledare) definierar supraledning:

Supraledning är ett fenomen i fasta tillståndets fysik som uppträder under en viss kritisk temperatur (ofta betecknad T_c) i vissa material. Ett supraledande material karakteriseras av sin oändligt stora elektriska ledningsförmåga och av att det inte kan innehålla något magnetiskt fält i innandömet (Meissnereffekten). Fenomenet förklaras teoretiskt av att elektronerna vid tillräckligt låga temperaturer parar ihop sig till Cooper-par.

Supraledning finns vid tillräckligt låga temperaturer hos vissa metaller och även keramiska ämnen. Det finns ämnen som är supraledande vid så hög temperatur att man kan använda billigt och lättillgängligt flytande kväve som kylmedel (kokpunkt 77 K).

Supraledning är ganska komplext och det finns olika förklaringar och fenomenet är inte helt förstått, speciellt när det gäller högtemperatursupraledare. Den klassiska förklaringen är BCS-teorin (se BCS_theory).

I en vanlig ledare (typiskt en metall) sker laddningstransporten med fria elektroner, se fråga [9549]. Elektronerna kolliderar med atomerna i gittret och i en del av dessa kollisioner förlorar elektronen energi som värmer upp ledaren. Denna uppvärmning av ledaren är oftast oönskad eftersom den innebär en energiförlust (ledningsresistans).

I vissa ledare vid låg temperatur slår sig elektronerna ihop två och två med motsatt spinn (+1/2.-1/2). Man får då vad man kallar ett Cooper-par med spinnet 0. Dessa Cooper-par leder strömmen i stället för fria elektroner. På grund av kvantmekaniken är den emellertid två avgörande skillnader:

1 Eftersom ett Cooper-par har heltaligt spinn (0) är de bosoner och behöver till skillnad från fermioner (halvtaligt spinn) inte lyda pauliprincipen, se fråga [18298]. Alla Cooper-par kan då befinna sig i det lägsta tillståndet, grundtillståndet. Detta kallas Bose-Einstein-kondensat, se fråga [1136].

2 Energin i grundtillståndet är för liten för att Cooper-paren skall kunna växelverka med gittret. Detta betyder att kollisioner blir "förbjudna" och Cooper-paren kan röra sig obehindrat, det vill säga att resistansen är noll.

I figuren nedan visas resistiviteten (grön kurva) som funktion av temperaturen. Man ser att resistiviteten är exakt noll för temperaturer mindre än T_c. Den blå kurvan visar specifik värmekapacitet. Man ser att även denna påverkas vid fasövergången T=T_c.

Se även Superconductivity.

/Peter E 2014-06-10