cuasipartícula
En física , las cuasipartículas y las excitaciones colectivas son fenómenos emergentes estrechamente relacionados que surgen cuando un sistema microscópicamente complicado, como un sólido , se comporta como si contuviera diferentes partículas que interactúan débilmente en el vacío .
Por ejemplo, cuando un electrón viaja a través de un semiconductor , su movimiento se ve perturbado de manera compleja por sus interacciones con otros electrones y con núcleos atómicos . El electrón se comporta como si tuviera una masa efectiva diferente que viaja imperturbable en el vacío. Tal electrón se llama cuasipartícula electrónica . [1] En otro ejemplo, el movimiento agregado de electrones en la banda de valencia de un semiconductor o una banda de huecos en un metal [2] se comportan como si el material contuviera cuasipartículas cargadas positivamente llamadas huecos de electrones.. Otras cuasipartículas o excitaciones colectivas incluyen el fonón , una cuasipartícula derivada de las vibraciones de los átomos en un sólido, y los plasmones , una partícula derivada de la oscilación del plasma .
Estos fenómenos se denominan típicamente cuasipartículas si están relacionados con fermiones , y excitaciones colectivas si están relacionados con bosones , [1] aunque la distinción precisa no está universalmente aceptada. [3] Por lo tanto, los electrones y los huecos de electrones (fermiones) suelen denominarse cuasipartículas , mientras que los fonones y plasmones (bosones) suelen denominarse excitaciones colectivas .
El concepto de cuasipartícula es importante en la física de la materia condensada porque puede simplificar el problema de muchos cuerpos en la mecánica cuántica . La teoría de las cuasipartículas fue iniciada por el físico soviético Lev Landau en la década de 1930. [4] [5]
Los sólidos están formados por sólo tres tipos de partículas : electrones , protones y neutrones . Las cuasipartículas no son ninguna de estas; en cambio, cada uno de ellos es un fenómeno emergente que ocurre dentro del sólido. Por lo tanto, si bien es bastante posible tener una sola partícula (electrón, protón o neutrón) flotando en el espacio, una cuasipartícula solo puede existir dentro de sistemas de muchas partículas que interactúan (principalmente sólidos).
El movimiento en un sólido es extremadamente complicado: cada electrón y protón es empujado y jalado (por la ley de Coulomb ) por todos los demás electrones y protones en el sólido (que pueden estar en movimiento). Son estas fuertes interacciones las que hacen que sea muy difícil predecir y comprender el comportamiento de los sólidos (ver el problema de muchos cuerpos ). Por otro lado, el movimiento de una partícula clásica que no interactúa es relativamente simple; se movería en línea recta a velocidad constante. Esta es la motivación del concepto de cuasipartículas: el complicado movimiento de las partículas reales en un sólido puede transformarse matemáticamente en el movimiento mucho más simple de cuasipartículas imaginarias, que se comportan más como partículas que no interactúan.
