Квантовий газ

Квантовий газ — це розріджений газ, що складається з частинок, довжина хвилі де Бройля яких значно перевищує радіус їхньої взаємодії. Умова розрідженості газу (${\displaystyle na^{3}\ll 1}$, де ${\displaystyle n}$ — концентрація газу, ${\displaystyle a}$ — довжина розсіювання частинок, що характеризує радіус їхньої взаємодії) означає, що квантовий газ є майже ідеальним газом із розподілом частинок за енергіями близьким до того, який дає статистика Бозе-Енштейна або Фермі-Дірака , залежно від спіну частинок. Де-Бройлівська довжина хвилі ${\displaystyle \Lambda \sim {\frac {\hbar }{\sqrt {2m\epsilon }}}}$, (${\displaystyle \epsilon }$ — характерна енергія частинки з масою ${\displaystyle m}$). Тому умова ${\displaystyle \Lambda \ll a}$веде до наступного обмеження на температуру ${\displaystyle T}$ квантового газу:

${\displaystyle kT\ll {\frac {\hbar ^{2}}{ma^{2}}}=kT_{*}}$

Ця умова найменш жорстка для ізотопів водню й гелію, для яких ${\displaystyle T_{*}\sim 1K}$. Для важчих елементів обмеження накладається не лише на температуру, але й на густину газу, оскільки температура має бути вищою за температуру конденсації газу, а це можливо лише за малої густини.

Поняття квантового газу застосовують для газу електронів, або квазічастинок твердого тіла. Про неідеальні квантові гази див. Фермі-газ, Бозе-газ, Квантова рідина