Rotón
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En física teórica, un rotón es una excitación elemental, o cuasipartícula, observada en helio-4 superfluido 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; las que tienen momentos cercanos al mínimo se denominan rotones. Las excitaciones con momentos cercanos al máximo se denominan maxóns.
El término "roton-like" también se utiliza para los valores propios predichos en metamateriales 3D que utilizan el acoplamiento más allá del vecino más próximo.[1][2] La observación de dicha relación de dispersión "roton-like" 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 a microescala a frecuencias de ultrasonidos.[3]
Modelos
[editar]Originalmente, el espectro rotón fue introducido fenomenológicamente por Lev Landau en 1947.[4] cActualmente existen modelos que intentan explicar el espectro de rotón con diversos grados de éxito y fundamentación.[5][6] El requisito para cualquier modelo de este tipo es que debe explicar no sólo 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 de Bragg en helio para estudiar el espectro del rotón.[7]
Condensación de Bose-Einstein
[editar]También se ha propuesto y estudiado la condensación de Bose-Einstein de rotones.[8] Su primera detección se ha notificado en 2018.[9] En condiciones específicas, el mínimo de rotón da lugar a una estructura similar al sólido cristalino denominada supersólido, como se ha demostrado en experimentos realizados a partir de 2019.[10][11][12]
Véase también
[editar]Referencias
[editar]- ↑ Wang, Ke; Chen, Yi; Kadic, Muamer; Wang, Changguo; Wegener, Martin (24 de mayo de 2022). «Nonlocal interaction engineering of 2D roton-like dispersion relations in acoustic and mechanical metamaterials». Communications Materials 3 (1): 35. Bibcode:2022CoMat...3...35W. S2CID 248991736. doi:10.1038/s43246-022-00257-z.
- ↑ Chen, Yi; Kadic, Muamer; Wegener, Martin (2 de junio de 2021). «Roton-like acoustical dispersion relations in 3D metamaterials». Nature Communications 12 (1): 3278. Bibcode:2021NatCo..12.3278C. PMC 8172548. PMID 34078904. doi:10.1038/s41467-021-23574-2.
- ↑ Iglesias Martínez, Julio Andrés; Groß, Michael Fidelis; Chen, Yi; Frenzel, Tobias; Laude, Vincent; Kadic, Muamer; Wegener, Martin (3 de diciembre de 2021). «Experimental observation of roton-like dispersion relations in metamaterials». Science Advances (en inglés) 7 (49): eabm2189. Bibcode:2021SciA....7.2189I. ISSN 2375-2548. PMC 8635434. PMID 34851658. doi:10.1126/sciadv.abm2189.
- ↑ Landau, L. D. (1947). On the theory of superfluidity of helium II. Physics-Uspekhi, 11(1), 91.
- ↑ Bisset, R. N.; Blakie, P. B. (26 de junio de 2013). «Fingerprinting Rotons in a Dipolar Condensate: Super-Poissonian Peak in the Atom-Number Fluctuations». Phys. Rev. Lett. 110 (26): 265302. Bibcode:2013PhRvL.110z5302B. PMID 23848891. S2CID 24788775. arXiv:1304.3605. doi:10.1103/PhysRevLett.110.265302.
- ↑ Blakie, P. B.; Baillie, D.; Bisset, R. N. (Aug 15, 2012). «Roton spectroscopy in a harmonically trapped dipolar Bose–Einstein condensate». Phys. Rev. A 86 (2): 021604. Bibcode:2012PhRvA..86b1604B. S2CID 119285430. arXiv:1206.2770. doi:10.1103/PhysRevA.86.021604.
- ↑ Rybalko, A.; Rubets, S.; Rudavskii, E.; Tikhiy, V.; Poluectov, Y.; Golovashchenko, R.; Derkach, V.; Tarapov, S. et al. (4 de noviembre de 2009). «Microwave Spectroscopy of Condensed Helium at the Roton Frequency». Journal of Low Temperature Physics 158 (1–2): 244-249. Bibcode:2010JLTP..158..244R. S2CID 120191282. doi:10.1007/s10909-009-0025-6.
- ↑ Glyde, Henry R. (December 1993). «The role of the condensate in the existence of phonons and rotons». Journal of Low Temperature Physics 93 (5–6): 861-878. Bibcode:1993JLTP...93..861G. S2CID 122151606. doi:10.1007/BF00692035.
- ↑ Chomaz, L. (2018). «Observation of roton mode population in a dipolar quantum gas». Nature Physics 14 (5): 442-446. Bibcode:2018NatPh..14..442C. PMC 5972007. PMID 29861780. arXiv:1705.06914. doi:10.1038/s41567-018-0054-7.
- ↑ Donner, Tobias (3 de abril de 2019). «Dipolar Quantum Gases go Supersolid». Physics 12: 38. Bibcode:2019PhyOJ..12...38D. doi:10.1103/Physics.12.38.
- ↑ «Three teams independently show dipolar quantum gasses support state of supersolid properties».
- ↑ Henkel, N.; Nath, R.; Pohl, T. (11 de mayo de 2010). «Three-Dimensional Roton Excitations and Supersolid Formation in Rydberg-Excited Bose-Einstein Condensates». Physical Review Letters 104 (19): 195302. Bibcode:2010PhRvL.104s5302H. PMID 20866972. S2CID 14445701. arXiv:1001.3250. doi:10.1103/PhysRevLett.104.195302.
Bibliografía
[editar]- Feynman, R. P. (1 de abril de 1957). «Superfluidity and Superconductivity». Reviews of Modern Physics 29 (2): 205-212. Bibcode:1957RvMP...29..205F. doi:10.1103/RevModPhys.29.205.