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roton

Relación de dispersión de rotores, que muestra la energía de la cuasipartícula E (p) en función del momento p. Una cuasipartícula cuyo impulso se genera en el mínimo de energía local se llama rotón.

En física teórica , un rotón es una excitación elemental, o cuasipartícula , que se observa en helio-4 superfluido y condensados ​​de Bose-Einstein con interacciones dipolares de largo alcance o acoplamiento espín-órbita . La relación de dispersión de las excitaciones elementales en este superfluido muestra un aumento lineal desde el origen, pero muestra primero un máximo y luego un mínimo de energía a medida que aumenta el impulso . Las excitaciones con momentos en la región lineal se denominan fonones ; aquellos con momentos cercanos al mínimo se llaman rotones. Las excitaciones con momentos cercanos al máximo se denominan maxones .

El término "similar a un rotor" también se utiliza para los modos propios predichos en metamateriales 3D que utilizan un acoplamiento más allá del vecino más cercano. [1] [2] La observación de tal relación de dispersión "similar a un rotor" se demostró en condiciones ambientales tanto para ondas de presión acústica en un metamaterial basado en canales a frecuencias audibles como para ondas elásticas transversales en un metamaterial a microescala a frecuencias de ultrasonido. [3]

Modelos

Originalmente, el espectro de rotones fue introducido fenomenológicamente por Lev Landau en 1947. [4] Actualmente existen modelos que intentan explicar el espectro de rotones con distintos grados de éxito y fundamentalidad. [5] [6] El requisito para cualquier modelo de este tipo es que debe explicar no sólo la forma del espectro en sí sino también otros observables relacionados, como la velocidad del sonido y el factor de estructura del helio-4 superfluido . Se ha realizado espectroscopía de microondas y de Bragg sobre helio para estudiar el espectro de rotones. [7]

Condensación de Bose-Einstein

También se ha propuesto y estudiado la condensación de rotones de Bose-Einstein . [8] Su primera detección se informó en 2018. [9] En condiciones específicas, el mínimo de roton da lugar a una estructura cristalina sólida llamada supersólido , como se muestra en experimentos de 2019. [10] [11] [12]

Ver también

Referencias

  1. ^ Wang, Ke; Chen, Yi; Kadic, Muamer; Wang, Changguo; Wegener, Martín (24 de mayo de 2022). "Ingeniería de interacción no local de relaciones de dispersión tipo roton 2D en metamateriales acústicos y mecánicos". Materiales de comunicación . 3 (1): 35. Código Bib :2022CoMat...3...35W. doi : 10.1038/s43246-022-00257-z . S2CID  248991736.
  2. ^ Chen, Yi; Kadic, Muamer; Wegener, Martin (2 de junio de 2021). "Relaciones de dispersión acústica tipo rotor en metamateriales 3D". Comunicaciones de la naturaleza . 12 (1): 3278. Bibcode : 2021NatCo..12.3278C. doi :10.1038/s41467-021-23574-2. PMC 8172548 . PMID  34078904. 
  3. ^ Iglesias Martínez, Julio Andrés; Groß, Michael Fidelis; Chen, Yi; Frenzel, Tobías; Laude, Vicente; Kadic, Muamer; Wegener, Martín (3 de diciembre de 2021). "Observación experimental de relaciones de dispersión similares a rotones en metamateriales". Avances científicos . 7 (49): eabm2189. Código Bib : 2021SciA....7.2189I. doi :10.1126/sciadv.abm2189. ISSN  2375-2548. PMC 8635434 . PMID  34851658. 
  4. ^ Landau, LD (1947). Sobre la teoría de la superfluidez del helio II. Física-Uspekhi, 11(1), 91.
  5. ^ Bisset, enfermera registrada; Blakeie, PB (26 de junio de 2013). "Rotones de huellas dactilares en un condensado dipolar: pico superpoissoniano en las fluctuaciones del número de átomos". Física. Rev. Lett . 110 (26): 265302. arXiv : 1304.3605 . Código bibliográfico : 2013PhRvL.110z5302B. doi : 10.1103/PhysRevLett.110.265302. PMID  23848891. S2CID  24788775.
  6. ^ Blakeie, PB; Baillie, D.; Bisset, RN (15 de agosto de 2012). "Espectroscopia de rotores en un condensado dipolar de Bose-Einstein armónicamente atrapado". Física. Rev. A. 86 (2): 021604. arXiv : 1206.2770 . Código Bib : 2012PhRvA..86b1604B. doi : 10.1103/PhysRevA.86.021604. S2CID  119285430.
  7. ^ Rybalko, A.; Rubets, S.; Rudavskii, E.; Tikhiy, V.; Poluectov, Y.; Golovashchenko, R.; Derkach, V.; Tarapov, S.; Usatenko, O. (4 de noviembre de 2009). "Espectroscopia de microondas de helio condensado en la frecuencia de Roton". Revista de Física de Bajas Temperaturas . 158 (1–2): 244–249. Código Bib : 2010JLTP..158..244R. doi :10.1007/s10909-009-0025-6. S2CID  120191282.
  8. ^ Glyde, Henry R. (diciembre de 1993). "El papel del condensado en la existencia de fonones y rotones". Revista de Física de Bajas Temperaturas . 93 (5–6): 861–878. Código Bib : 1993JLTP...93..861G. doi :10.1007/BF00692035. S2CID  122151606.
  9. ^ Chomaz, L. (2018). "Observación de la población en modo roton en un gas cuántico dipolar". Física de la Naturaleza . 14 (5): 442–446. arXiv : 1705.06914 . Código Bib : 2018NatPh..14..442C. doi :10.1038/s41567-018-0054-7. PMC 5972007 . PMID  29861780. 
  10. ^ Donner, Tobias (3 de abril de 2019). "Los gases cuánticos dipolares se vuelven supersólidos". Física . 12 : 38. Código Bib : 2019PhyOJ..12...38D. doi : 10.1103/Física.12.38 .
  11. ^ "Tres equipos muestran de forma independiente que los gases cuánticos dipolares respaldan el estado de propiedades supersólidas".
  12. ^ Henkel, N.; Nath, R.; Pohl, T. (11 de mayo de 2010). "Excitaciones de rotores tridimensionales y formación supersólida en condensados ​​de Bose-Einstein excitados por Rydberg". Cartas de revisión física . 104 (19): 195302. arXiv : 1001.3250 . Código bibliográfico : 2010PhRvL.104s5302H. doi : 10.1103/PhysRevLett.104.195302. PMID  20866972. S2CID  14445701.

Bibliografía