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. Lleva el nombre del físico italoamericano Ugo Fano , quien en 1961 dio una explicación teórica de la forma de línea de dispersión inelástica de los 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 espectral y el ancho , y su forma de línea adquiere el distintivo perfil asimétrico de Fano. Debido a que se trata de un fenómeno ondulatorio general , se pueden encontrar ejemplos en muchas áreas de la física y la ingeniería.
La explicación de la forma de la línea de Fano apareció por primera vez en el contexto de la dispersión inelástica de electrones por helio y la autoionización . El electrón incidente excita doblemente al átomo hasta alcanzar un estado de resonancia de forma . El átomo doblemente excitado se desintegra espontáneamente al expulsar uno de los electrones excitados. Fano demostró que la interferencia entre la amplitud para simplemente dispersar el electrón incidente y la amplitud para dispersar mediante la autoionización crea una forma de línea de dispersión asimétrica alrededor de la energía de autoionización con un ancho de línea muy cercano a la inversa de la vida útil de la autoionización.
La forma de la línea de resonancia de Fano se debe a la interferencia entre dos amplitudes de dispersión, una debido a la dispersión dentro de un continuo de estados (el proceso de fondo) y la segunda debido a la excitación de un estado discreto (el proceso resonante). La energía del estado resonante debe estar 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 generalmente varía lentamente con la energía, mientras que la amplitud de dispersión resonante cambia rápidamente tanto en magnitud como en fase. Es esta variación la que crea el perfil asimétrico.
Para energías alejadas de la energía resonante domina 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 de Fano, mide la relación entre la dispersión resonante y la amplitud de dispersión directa (de fondo). Esto es consistente con la interpretación dentro de la teoría de partición de Feshbach-Fano . En el caso de que la amplitud de dispersión directa desaparezca, el parámetro q se vuelve cero y la fórmula de Fano se convierte en:
Observar la transmisión muestra que esta última expresión se reduce a la fórmula esperada de Breit-Wigner ( Lorentzian ), como la función Lorentzian de tres parámetros (tenga en cuenta 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]
Fano se puede observar con espectroscopia de fotoelectrones [7] y espectroscopia Raman . [5] El fenómeno también se puede observar en frecuencias visibles utilizando microesferas de vidrio simples , que pueden permitir mejorar el campo magnético de la luz (que suele ser pequeño) en unos pocos órdenes de magnitud. [8]
