Квазибөлшек

Квазибөлшек (латынша quas(i) - «ұқсас») – қатты денелер мен кванттық сұйықтықтар сияқты күрделі кванттық жүйелердің өзара әрекеттесуінің табиғатын сипаттау үшін енгізілген кванттық механикадағы ұғым.

Мысалы жартылай өткізгіштердегі электронның қозғалысының сипатын жеңілдету үшін «өткізгіш электрон» деген квазибөлшек енгізілген, сол сияқты заттың конденсацияланған күйіндегі кристаллдық тордың байламдарындағы атомдардың тербелісін сипаттау үшін «фонон», өзара әрекеттесетін спиндер жүйесіндегі магниттік қозуларды сипаттау үшін «магнон» деген квазибөлшектер енгізілген.

Кіріспе

Алғаш квазибөлшектерді қолдануды ферми-сұйықтығы теориясындағы сұйық гелий-3-ті сипаттау үшін Л. Д. Ландау ұсынған, кейін бұны конденсацияланған зат күйінің теориясында қолданған.

Фонон

Қандай да бір қатты дененің күйін сипаттау үшін әр бөлшек үшін Шредингер өрнегін қолданып есептеу мүмкін емес, себебі белгісіз айнымалылар саны өте үлкен және олардың өзара әрекеттесуін ескеру қиындықтар тудырады. Бұндай сипатты квазибөлшектер енгізу арқылы жеңілдетуге болады, яғни қандай да бір қалыпты жағдайға қатысты элементар қозулар. Қалыпты жағдайға қатысты аз ғана элементар қозудың өзі  жүйені сипаттауға жеткілікті, себебі Больцманның реті бойынша үлкен элементар қозулар сирек кездеседі.

Мысалы: абсолют нөлде қатты дененің кристаллдық торындағы атомдар өз тербелісін тоқтады, бірақ белгілі бір жиіліктегі элементар қозу, яғни фонон пайда болады. Кейбір кездерде жүйенің күйі бірнеше элементар қозулармен сипатталуы мүмкін, ал бұл қозулар бір біріне тәуелсіз бола алады. Мұндай жағдайда бұл күй өзара әрекеттеспейтін бірнеше элементар қозулармен интерпретацияланады. Алайда кристталдық тордағы агармониялық тербелістердің кесірінен өзара әрекеттеспейтін квазибөлшектер арқылы сипаттау әрқашан жүзеге аса бермейді. Соған қарамастан көп жағдайларда элементар қозулар бір біріне тәуелсіз болып қарастырылады. Яғни тордың байламдарындағы атомдардың тербелісіне қатысты кристаллдың энергиясы, шамамен, қалыпты жағдайдағы энергия мен барлық фонондардың энергиясының қосындысына тең.

Магнон

Ферромагнетикада абсолют нөл температурасында барлық спиндер бір бағытқа тізіледі. Спиндердің осылай орналасуы қалыпты жағдайға сай келеді. Егер спиндердің біреуін қатардан шығарса, толқын пайда болды. Бұл толқынның энергиясы атом спинінің бағытының өзгеруіне қатысты кристаллдың қозуының энергиясына тең болады. Бұл энергияны қандай да бір бөлшектің, яғни магнонның, энергиясы ретінде қарастыруға болады.

Егер спиндердің ауытқуына қатысты ферромагнетиктің энергиясы аз болса, оны магнондардың энергиясының қосындысы ретінде алуға болады.

Қасиеттер

• Квазибөлшектерді қасиеті импульске ұқсас вектормен, яғни квазиимпульспен сипаттауға болады.
• Квазибөлшектің энергиясы жай бөлшектің энергиясына қарағанда импульске өзгеше тәуелді.
• Квазибөлшектер бір-бірімен және жай бөлшектермен әрекереттесе алады.
• Зарядқа және/немесе спинге ие болуы мүмкін.
• Бүтін мәнді спинге ие болатын квазибөлшектер Бозе-Эйнштейннің, жартылай бүтін спинге ие болатындары Ферми-Дирактың статистикасына бағынады.

Квазибөлшектер мен жай бөлшектерді салыстыру

Ортақ

• Жай бөлшектер сияқты квазибөлшектер де кеңістікте локализденген болуы мүмкін.
• Аз энергияға ие квазибөлшектердің соқтығысуы кезінде квазиимпульс және энергия сақталу механикалық заңдары орындалады.
• Квадраттық дисперсия заңына бағынатын квазибөлшекке қатысты «тиімді масса» деген ұғымды қолдануға болады.

Айырмашылықтары

• Квазибөлшектер ортаны қажет етеді.
• Квазиимпульстің сақталу заңы теріс тордың векторына дейін дәл.
• Квазибөлшектердің дисперсия заңы динамика бырысында ғана орындалады.
• Квазибөлшектер бөлшекті электр зарядына және магнит зарядына ие болуы мүмкін.

Басқа квазибөлшектер

• Өткізгіш электрон – массасымен ерекшеленетін жай электрон.
• Кемтік – электронның абсолют мәніне тең болатын кристаллдық тордағы бос орын.
• Ротон – сұйықтықтағы құйынды қозғалысқа байланысты ұжымдасқан қозу.
• Полярон – электронның кристаллдық тормен әрекерттесуінен туындайтын электронның қозғалысына байланысты поляризацияға сай квазибөлшек.
• Плазмон – плазмадағы электрондардың ұжымдасқан тербелісі.

Сілтемелер

• Квазибөлшектер Мұрағатталған 13 сәуірдің 2019 жылы.
• Квазибөлшек деген не?
• Квазибөлшектер
• Физика энциклопедиясы - "Квазибөлшек"