Rotón

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Rotón
El espectro de excitaciones elementales en helio líquido.
Compuesto:	cuasipartícula
Clasificación:	Birotón
¿Quién y/o qué lleva el nombre?	Del lat. roto - "girar, girar"
Número de tipos:	una

Roton (del latín roto - "Roto, giro") es una excitación elemental ( cuasi -partícula ) en superfluido 4 He, asociada con la estructura atómica del superfluido helio y que tiene un espectro de energía cuadrático cerca del momento , donde es el interatómico característico distancia. La aparición de tales cuasipartículas tiene un efecto especial en el comportamiento de un líquido superfluido en el rango de temperatura alrededor de un kelvin . El término fue introducido por I. E. Tamm [1] . ${\ estilo de visualización E (p)}$ $p_{0}\sim h/a$ $a$

Espectro de energía de excitaciones en 4 He

El espectro de energía de las excitaciones elementales en helio tiene una dependencia lineal en la parte inicial, un mínimo local ( , ), donde corresponde a una temperatura del orden de 8,6 K . Las excitaciones elementales de la parte lineal del espectro suelen denominarse fonones . Las excitaciones elementales en la región cercana se denominan rotones. $p_{0}$ $E_{0}$ $E_{0}$ $p_{0}$

Energía de fonones

Los fonones tienen una ley de dispersión lineal . La energía del fonón está relacionada con el cuasi-momento mediante la siguiente expresión simple:

${\ estilo de visualización E = cp}$ , donde с ≈965 m/s es la velocidad del sonido en el helio.

Rotones de energía

La energía de los rotones cerca del mínimo local de la curva de dispersión tiene forma cuadrática [2] :

$E(p)=\Delta +{\frac {(p-p_{0})^{2}}{2\mu }}$

Aquí tiene un valor del orden de 8,6 K en unidades de temperatura de energía, es la masa efectiva. Los valores calculados de la posición del mínimo de la zona de rotones del espectro y la masa efectiva de los rotones [3] : $\Delta$ $\mu$

${\frac{p_{0}}{h}}=1{,}99\cdot 10^{{10}}$ m −1 , , donde es la masa de un átomo de helio libre. $\mu =0{,}26m_{\mathrm {Él} }$ ${\displaystyle m_{\mathrm {él} ))$

Criterio de Landau

El significado físico de la aparición de los rotones en el espectro de energía corresponde a la aparición del movimiento de vórtice en un líquido superfluido. Y aunque el vórtice en sí existe sin disipación, su formación requiere energía, que el sistema pierde. Por lo tanto, se produce fricción. La condición para la no aparición de tales cuasipartículas es el criterio de superfluidez de Landau . Claramente, el cumplimiento de este criterio para el movimiento de un fluido con una velocidad dada se puede representar como la ausencia de la intersección de una línea recta con la dependencia del espectro de energía de las excitaciones elementales. La presencia de tales intersecciones indica la posibilidad de la aparición de cuasipartículas de la parte correspondiente del espectro de energía con el cumplimiento simultáneo de las leyes de conservación del momento y la energía. Teóricamente, la condición de movimiento no disipativo debe cumplirse hasta velocidades de aproximadamente 80 m/s, pero en la práctica, la superfluidez se viola a velocidades mucho más bajas debido a la parte de alta energía del espectro. $V$ $E=VP$ ${\ estilo de visualización E (p)}$

Influencia en la capacidad calorífica y otras propiedades

Los rotones juegan un papel importante en las propiedades del helio superfluido a T ≈ 0,6 K. Determinan la existencia de términos de capacidad calorífica, entropía, densidad normal, etc., que dependen exponencialmente de la temperatura. Por lo tanto, la capacidad calorífica a temperaturas inferiores a 0,6 K tiene una dependencia de la temperatura del fonón:

$C_{p}\sim T^{3}$ .

A temperaturas superiores a 0,6 K , la dependencia de la capacidad calorífica cambia a exponencial [4] :

$C_{p}=V{\frac {p_{0}^{2}\Delta ^{2}}{2\pi ^{2}\hbar ^{3}T^{2}}}(2\pi \mu T^{2})^{{1/2}}e^{{-{\frac {\Delta}{T))))$ .

Birotón

Dos rotones con impulsos en direcciones opuestas forman un estado ligado: birotón , con momento orbital L=2, energía de ligadura 0,25 K [4] .

Notas

↑ Rotón en TSB . Consultado el 29 de noviembre de 2009. Archivado desde el original el 5 de noviembre de 2011. (indefinido)
↑ Estados localizados de rotones cerca de iones en helio II
↑ Estudio de la estructura térmica del helio II mediante dispersión de neutrones fríos, E. L. Andronikashvili . Consultado el 29 de noviembre de 2009. Archivado desde el original el 22 de mayo de 2013. (indefinido)
↑ 1 2 Enciclopedia física / cap. edición A. M. Projorov. - Gran Enciclopedia Rusa, 1994. - T. 4. - S. 400. - 704 p. - 40.000 copias. - ISBN 5-85270-087-8 . Archivado el 14 de marzo de 2012 en Wayback Machine .

Cuasipartículas ( Lista de cuasipartículas )
Elemental	magnón fonón Rotón Plasmón primogénito Electrón Agujero órbita fluctuación Phazon Holon y spinon cuasimomonopolio
Compuesto	gotita Pruebatelo polaritón Polarón Birotón pareja de cooper excitón Vanier - Motta Frenkel biexcitón solitón FK-solitón solitones en plasma Ion-sonido Magnetoacústica Langmuir Soliton Davydov
Clasificaciones	Fermiones bosones Cualquiera Hipotético : Plectones