En física , una resonancia de Fano es un tipo de fenómeno de dispersión resonante que da lugar a una forma de línea asimétrica. La interferencia entre un fondo y un proceso de dispersión resonante produce la forma de línea asimétrica. Recibe su nombre del físico italoamericano Ugo Fano , quien en 1961 dio una explicación teórica para la forma de línea de dispersión de la dispersión inelástica de electrones del helio; [1] [2] sin embargo, Ettore Majorana fue el primero en descubrir este fenómeno. [3] La resonancia de Fano es un efecto de acoplamiento débil, lo que significa que la tasa de desintegración es tan alta que no se produce hibridación. [4] El acoplamiento modifica las propiedades de resonancia, como la posición y el ancho espectrales , y su forma de línea adquiere el perfil de Fano asimétrico distintivo. Debido a que es un fenómeno de onda general , se pueden encontrar ejemplos en muchas áreas de la física y la ingeniería.
La explicación de la forma de línea de Fano apareció por primera vez en el contexto de la dispersión inelástica de electrones por helio y autoionización . El electrón incidente excita doblemente al átomo hasta el estado, una especie de resonancia de forma . El átomo doblemente excitado se desintegra espontáneamente expulsando uno de los electrones excitados. Fano demostró que la interferencia entre la amplitud para dispersar simplemente el electrón incidente y la amplitud para dispersarse por autoionización crea una forma de línea de dispersión asimétrica alrededor de la energía de autoionización con un ancho de línea muy cercano al inverso del tiempo de vida de autoionización.
La forma de la línea de resonancia de Fano se debe a la interferencia entre dos amplitudes de dispersión, una debida a la dispersión dentro de un continuo de estados (el proceso de fondo) y la segunda debida a la excitación de un estado discreto (el proceso resonante). La energía del estado resonante debe encontrarse en el rango de energía de los estados continuos (de fondo) para que se produzca el efecto. Cerca de la energía resonante, la amplitud de dispersión de fondo varía típicamente lentamente con la energía, mientras que la amplitud de dispersión resonante cambia tanto en magnitud como en fase rápidamente. Es esta variación la que crea el perfil asimétrico.
Para energías alejadas de la energía resonante , predomina el proceso de dispersión de fondo. Dentro de la energía resonante, la fase de la amplitud de dispersión resonante cambia en . Es esta rápida variación de fase la que crea la forma de línea asimétrica.
Fano demostró que la sección transversal de dispersión total asume la siguiente forma,
donde describe el ancho de línea de la energía resonante y q , el parámetro Fano, mide la relación entre la dispersión resonante y la amplitud de dispersión directa (de fondo). Esto es coherente con la interpretación dentro de la teoría de partición de Feshbach-Fano . En el caso de que la amplitud de dispersión directa se desvanezca, el parámetro q se vuelve cero y la fórmula Fano se convierte en :
Si observamos la transmisión, vemos que esta última expresión se reduce a la fórmula de Breit-Wigner ( Lorentziana ) esperada, ya que , la función Lorentziana de tres parámetros (nótese que no es una función de densidad y no se integra a 1, ya que su amplitud es 1 y no ).
Se pueden encontrar ejemplos de resonancias de Fano en física atómica , física nuclear , física de la materia condensada , circuitos eléctricos , ingeniería de microondas , óptica no lineal , nanofotónica , metamateriales magnéticos , [5] y en ondas mecánicas. [6]
El fenómeno Fano se puede observar mediante espectroscopia fotoelectrónica [7] y espectroscopia Raman [5] . El fenómeno también se puede observar en frecuencias visibles utilizando simples microesferas de vidrio , que pueden permitir mejorar el campo magnético de la luz (que normalmente es pequeño) en unos pocos órdenes de magnitud. [8]
