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Rotón

Relación de dispersión de Roton, que muestra la energía de la cuasipartícula E(p) en función del momento p. Una cuasipartícula con momento generado en el mínimo de energía local se denomina roton.

En física teórica , un roton es una excitación elemental, o cuasipartícula , que se observa en los superfluidos de helio-4 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 exhibe primero un máximo y luego un mínimo en energía a medida que aumenta el momento . Las excitaciones con momentos en la región lineal se denominan fonones ; aquellas con momentos cercanos al mínimo se denominan rotons. Las excitaciones con momentos cercanos al máximo se denominan maxones .

El término "similar a un roton" también se utiliza para los modos propios predichos en metamateriales 3D mediante acoplamiento más allá del vecino más cercano. [1] [2] La observación de dicha relación de dispersión "similar a un roton" 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 de microescala a frecuencias de ultrasonido. [3]

Modelos

Originalmente, el espectro de roton fue introducido fenomenológicamente por Lev Landau en 1947. [4] Actualmente existen modelos que intentan explicar el espectro de roton con diversos grados de éxito y fundamentalidad. [5] [6] El requisito para cualquier modelo de este tipo es que debe explicar no solo 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 han realizado espectroscopias de microondas y Bragg en helio para estudiar el espectro de roton. [7]

Condensación de Bose-Einstein

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

Véase también

Referencias

  1. ^ Wang, Ke; Chen, Yi; Kadic, Muamer; Wang, Changguo; Wegener, Martin (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. Bibcode :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 de tipo Roton en metamateriales 3D". Nature Communications . 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, RN; Blakie, PB (26 de junio de 2013). "Huellas dactilares de rotones en un condensado dipolar: pico superpoissoniano en las fluctuaciones del número de átomos". Phys. Rev. Lett . 110 (26): 265302. arXiv : 1304.3605 . Código Bibliográfico :2013PhRvL.110z5302B. doi :10.1103/PhysRevLett.110.265302. PMID  23848891. S2CID  24788775.
  6. ^ Blakie, PB; Baillie, D.; Bisset, RN (15 de agosto de 2012). "Espectroscopia de Roton en un condensado de Bose–Einstein dipolar atrapado armónicamente". Phys. Rev. A . 86 (2): 021604. arXiv : 1206.2770 . Código Bibliográfico :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". Journal of Low Temperature Physics . 93 (5–6): 861–878. Bibcode :1993JLTP...93..861G. doi :10.1007/BF00692035. S2CID  122151606.
  9. ^ Chomaz, L. (2018). "Observación de la población del modo roton en un gas cuántico dipolar". Nature Physics . 14 (5): 442–446. arXiv : 1705.06914 . Bibcode :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. Bibcode :2019PhyOJ..12...38D. doi : 10.1103/Physics.12.38 .
  11. ^ "Tres equipos demuestran de forma independiente que los gases cuánticos dipolares respaldan el estado de las propiedades supersólidas".
  12. ^ Henkel, N.; Nath, R.; Pohl, T. (11 de mayo de 2010). "Excitaciones de Roton tridimensionales y formación de supersólidos en condensados ​​de Bose-Einstein excitados por Rydberg". Physical Review Letters . 104 (19): 195302. arXiv : 1001.3250 . Código Bibliográfico :2010PhRvL.104s5302H. doi :10.1103/PhysRevLett.104.195302. PMID  20866972. S2CID  14445701.

Bibliografía