નિમ્નસ્તરીય વાયુ (degenerate gas)

નિમ્નસ્તરીય વાયુ (degenerate gas) : ફર્મિ-ઊર્જા કરતાં ઓછી ઊર્જાવાળા નીચેના સ્તરમાં કણોનું સંકેન્દ્રણ (concentration) થઈ સંપૂર્ણ ભરાઈ ગયા હોય તેવી અવપરમાણ્વીય (subatomic) વાયુપ્રણાલી, તેને અપભ્રષ્ટ (degenerate) વાયુ પણ કહે છે. એક જ ઊર્જાસ્તરને અનુરૂપ એક કરતાં વધુ ક્વૉન્ટમ સ્થિતિઓ હોય તેને અપભ્રષ્ટતા કહે છે, અને તેવી પ્રણાલીને અપભ્રષ્ટતા પ્રણાલી કહે છે. આવી પ્રણાલીમાં કણોનું સંકેન્દ્રણ એટલું બધું હોય છે કે તેને પરંપરાગત મૅક્સવેલ-બોલ્ટ્ઝમાન આંકડાશાસ્ત્ર(statistics)ની મદદથી સમજાવી શકાતું નથી; પરંતુ કણોના વિતરણને ક્વૉન્ટમ આંકડાશાસ્ત્રની મદદથી જાણી શકાય છે.

ભૌતિકવિજ્ઞાનમાં અર્ધપૂર્ણાંકીય સ્વકીય પ્રચક્રણ (half integral intrinsic spin) તથા કોણીય વેગમાન (angular momentum) ધરાવતા અવપરમાણ્વીય કણનો બનેલો વાયુ ઉચ્ચ સંકેન્દ્રણ ધરાવે ત્યારે તે અપભ્રષ્ટ કે નિમ્નસ્તરીય વાયુ છે. આવા વાયુના કણની સૂક્ષ્મદર્શીય વર્તણૂક(microscopic behaviour)નું નિયમન ક્વૉન્ટમ યંત્રશાસ્ત્રના અમુક નિયમો દ્વારા થતું હોય છે, જે ‘ફર્મિ-ડિરાક’ આંકડાશાસ્ત્ર તરીકે ઓળખાય છે. તેના કણ ફર્મિ-ડિરાક આંકડાશાસ્ત્રને અનુસરતા હોવાથી તેમને ‘ફર્મિઑન’ કહે છે. ફર્મિ-ડિરાક આંકડાશાસ્ત્રના નિયમ અનુસાર એક જ ક્વૉન્ટમ સ્થિતિમાં એક કરતાં વધુ ફર્મિઑન શક્ય નથી. જેમ સંકેન્દ્રણ વધારવામાં આવે તેમ નિમ્નસ્તર ઊર્જાસ્થિતિઓ, ફર્મિઑન દ્વારા ભરાતી જાય છે. પરિણામે ફર્મિઑનને વધુ અને વધુ ઉચ્ચ ઊર્જાસ્થિતિમાં ગોઠવાઈ જવાની ફરજ પડે છે. આ પ્રમાણે ઉચ્ચતર ઊર્જાસ્થિતિઓ ભરાઈ જતાં, ફર્મિઑન વાયુનું દબાણ પણ વધે છે. આ દબાણને અપભ્રષ્ટ દબાણ કહે છે. ઉચ્ચતર ઊર્જાના અમુક નિયત મૂલ્યને ફર્મિ-ઊર્જા કહે છે. ફર્મિ-ઊર્જા કરતાં નીચેની ઊર્જાસ્થિતિઓ ફર્મિઑન વડે ભરાઈ ગયેલી હોવાથી હવે તે વાયુ અપભ્રષ્ટ ફર્મિઑન વાયુ બને છે.

નિમ્નસ્તરીય કે અપભ્રષ્ટ વાયુનાં ઉદાહરણ : (1) ધાતુમાં રહેલા વાહક (conducting) ઇલેક્ટ્રૉન.

(2) શ્વેત તારા(dwarf stars)ના હાર્દમાં આવેલો ઇલેક્ટ્રૉન વાયુ.

(3) ન્યુટ્રૉન તારામાં આવેલો ન્યુટ્રૉન વાયુ. ઇલેક્ટ્રૉન, પ્રોટૉન, ન્યુટ્રૉન, ન્યુટ્રીનો જેવા અને ફર્મિ-ડિરાક આંકડાશાસ્ત્રને અનુસરતા આ બધા અવપરમાણ્વીય કણને, વ્યાપક સ્વરૂપે, ફર્મિઑન તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.

વિહારી છાયા