Roton

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 18. dubna 2021; kontroly vyžadují 6 úprav .

Roton
Spektrum elementárních vzruchů v kapalném heliu
Sloučenina:	Kvazičástice
Klasifikace:	Biroton
Po kom a/nebo po čem se jmenuje?	Z lat. roto - "točit, točit"
Počet typů:	jeden

Roton (z latiny roto - "rotuji, rotuji") je elementární excitace ( kvazi -částice ) v supratekuté 4 He, spojená s atomovou strukturou supratekutého helia a mající kvadratické energetické spektrum blízko hybnosti , kde je charakteristická meziatomová vzdálenost. Vzhled takových kvazičástic má zvláštní vliv na chování supratekuté kapaliny v teplotním rozsahu kolem jednoho kelvinu . Termín zavedl I. E. Tamm [1] . $E(p)$ $p_{0}\sim h/a$ $A$

Energetické spektrum excitací ve 4 He

Energetické spektrum elementárních vzruchů v heliu má lineární závislost v počáteční části, lokální minimum ( , ), kde odpovídá teplotě asi 8,6 K . Elementární excitace lineární části spektra se obvykle nazývají fonony . Elementární excitace v blízké oblasti se nazývají rotony. $p_{0}$ $E_{0}$ $E_{0}$ $p_{0}$

Fononová energie

Fonony mají zákon lineárního rozptylu . Fononová energie souvisí s kvazi-hybností následujícím jednoduchým výrazem:

$E=cp$ , kde с ≈965 m/s je rychlost zvuku v heliu.

Energetické rotony

Energie rotonů v blízkosti lokálního minima disperzní křivky má kvadratickou formu [2] :

$E(p)=\Delta +{\frac {(p-p_{0})^{2}}{2\mu }}$

Zde má hodnotu řádově 8,6 K v jednotkách teploty energie, je efektivní hmotnost. Vypočtené hodnoty polohy minima rotonové zóny spektra a efektivní hmotnosti rotonů [3] : $\Delta$ $\mu$

${\frac {p_{0}}{h}}=1{,}99\cdot 10^{{10}}$ m −1 , , kde je hmotnost volného atomu helia. $\mu =0{,}26m_{\mathrm {He} }$ $m_{\mathrm {He} }$

Landauovo kritérium

Fyzikální význam výskytu rotonů v energetickém spektru odpovídá vzhledu vírového pohybu v supratekuté kapalině. A ačkoli samotný vír existuje nedisipativní, jeho vytvoření vyžaduje energii, kterou systém ztrácí. Dochází tak ke tření. Podmínkou pro nevzniknutí takových kvazičástic je Landauovo kritérium supratekutosti . Je zřejmé, že splnění tohoto kritéria pro pohyb tekutiny danou rychlostí lze reprezentovat jako nepřítomnost průsečíku přímky se závislostí energetického spektra elementárních buzení. Přítomnost takových průniků naznačuje možnost výskytu kvazičástic odpovídající části energetického spektra při současném naplnění zákonů zachování hybnosti a energie. Teoreticky by podmínka nedisipativního pohybu měla být splněna do rychlostí cca 80 m/s, ale v praxi je supratekutost narušena při mnohem nižších rychlostech kvůli vysokoenergetické části spektra. $PROTI$ $E=Vp$ $E(p)$

Vliv na tepelnou kapacitu a další vlastnosti

Rotony hrají důležitou roli ve vlastnostech supratekutého helia při T ≈ 0,6 K. Určují existenci členů tepelné kapacity, entropie, normální hustoty atd., které exponenciálně závisí na teplotě. Tepelná kapacita při teplotách pod 0,6 K má tedy fononovou teplotní závislost:

$C_{p}\sim T^{3}$ .

Při teplotách nad 0,6 K se závislost tepelné kapacity mění na exponenciální [4] :

$C_{p}=V{\frac {p_{0}^{2}\Delta ^{2}}{2\pi ^{2}\hbar ^{3}T^{2}}}(2\pi \mu T^{2})^{{1/2}}e^{{-{\frac {\Delta }{T))))$ .

Biroton

Dva rotony s opačně směrovanými impulsy tvoří vázaný stav - biroton , s orbitální hybností L=2, vazebná energie 0,25 K [4] .

Poznámky

↑ Roton v TSB . Získáno 29. listopadu 2009. Archivováno z originálu 5. listopadu 2011. (neurčitý)
↑ Lokalizované stavy rotonů v blízkosti iontů v heliu II
↑ Studium tepelné struktury helia II pomocí rozptylu studených neutronů, E. L. Andronikashvili . Získáno 29. listopadu 2009. Archivováno z originálu 22. května 2013. (neurčitý)
↑ 1 2 Fyzická encyklopedie / kap. vyd. A. M. Prochorov. - Velká ruská encyklopedie, 1994. - T. 4. - S. 400. - 704 s. - 40 000 výtisků. - ISBN 5-85270-087-8 . Archivováno 14. března 2012 na Wayback Machine

Kvazičástice ( Seznam kvazičástic )
Základní	magnon Phonon Roton Plasmon primeson Elektron Otvor Orbiton Fluktuon Phazon Holon a spinon Quasimomonopol
Kompozitní	Dropleton Zkusit polariton Polaron Biroton bednářský pár exciton Vanier - Motta Frenkel Biexciton Soliton FK-soliton Solitony v plazmě Iontový zvuk Magnetoakustické Langmuir Soliton Davydov
Klasifikace	Fermiony bosony Anyons Hypotetické : Plektony