квазичастица иначе элементарное возбуждение (англ. quasiparticle) — элементарное возбуждение (квант коллективного колебания) совокупности сильно взаимодействующих частиц.

Описание

Понятие квазичастицы является фундаментальным в физике конденсированного вещества (и в физике твердого тела в частности). Введение данного понятия существенно упростило методы описания широкого круга процессов в системах многих частиц с сильным взаимодействием. Концепция квазичастиц (разработка которой в немалой степени принадлежит Л. Д. Ландау) позволила свести сложную динамику системы сильно взаимодействующих частиц к более простой динамике квазинезависимых объектов.

Между квазичастицами и обычными элементарными частицами существуют как сходства, так и принципиальные различия. Так же как и обычная частица, квазичастица может быть локализована в пространстве и сохранять свою локализацию в процессе движения; может взаимодействовать как с частицами, так и с другими квазичастицами (при этом выполняются механические законы сохранения квазиимпульса и квазиэнергии; для квазичастиц с квадратичным законом дисперсии может быть также введено понятие эффективной массы — поведение такой квазичастицы во многом сходно с поведением обычной частицы). С другой стороны, квазичастицы (в отличие от обычных частиц) не могут существовать вне среды, элементарными возбуждениями которой они, по сути, являются.

По внутренней структуре квазичастицы можно разделить на два класса: одночастичное возбуждение, представляющее собой одну частицу, обросшую «шубой» за счет взаимодействия с другими возбуждениями (например, дырка в окружении пар частица-дырка) и коллективное возбуждение, представляющее собой комплекс равноправных компонент (например, экситон, плазмон и т.д.).

В качестве примеров квазичастиц можно привести следующие: фонон, плазмон, экситон, дырка, магнон. Существуют и более сложные квазичастицы, представляющие собой комбинации перечисленных выше. Если у двух типов квазичастиц в данной системе имеются близкие значения энергии и импульса, то происходит смешивание (гибридизация) таких квазичастиц с появлением двух новых, каждая из которых обладает некоторыми чертами обеих исходных квазичастиц. Так, смешивание фотона с экситоном или оптическим фононом ведет к поляритонам; смешиванию фотона и магнона отвечает квазичастица светомагнон.

Автор

  • Румянцев Михаил Леонидович

Источники

  1. Квазичастица // Физическая энциклопедия. Т. 2 / Гл. ред. А.М. Прохоров. — М.: Советская энциклопедия, 1990. С. 263–265.
  2. Гольдин Л.Л., Новикова Г.И. Квантовая физика. Вводный курс. — М.: Институт компьютерных исследований, 2002. — 496 с.
  3. Каганов М.И., Лившиц И.М. Квазичастицы: идеи и принципы квантовой физики твердого тела. 2-е изд. — М.: Наука, 1989. — 96 с.

Напишите нам