Знаем ли мы точно разницу между частицами и квазичастицами ? Бозон Хиггса — это частица или квазичастица? Я спрашиваю об этом, потому что, если я правильно понял, бозон Хиггса создан спонтанным нарушением симметрии и соответствует моде Голдстоуна. Возможно, я ошибаюсь в своем объяснении.
Квазичастица — это элементарное коллективное нелокальное возбуждение квантовой среды (например, кристалла); примерами являются фононы (описывающие звуковые волны) или куперовские пары (описывающие сверхпроводимость). Напротив, частица (в контексте физики высоких энергий) является элементарным возбуждением локального квантового поля; примерами являются электрон или фотон.
В стандартной модели бозон Хиггса моделируется как локальное поле, следовательно, является частицей, но существуют альтернативные сценарии, когда бозон Хиггса не встраивается в теорию как поле, а возникает как коллективное возбуждение и, следовательно, является квазичастицей. Чтобы различать эти сценарии, требуются экспериментальные данные, которых пока нет.
Квазичастица — частицеподобное образование с определенной внутренней структурой и размером. Правила квантования делают такие структуры более «реальными» и более строго сохраняющимися, чем аналогичные классические конструкции.
В полупроводниках объект, известный как дырка, является хорошим примером квазичастицы. Он ведет себя очень похоже на частицу, несущую положительный заряд, хотя на самом деле это просто отсутствие электрона. Дырки неизбежно вовлекают в существование множество частиц, в том числе атомы решетки полупроводника и ее электроны.
Примечательной особенностью квазичастицы является то, что, поскольку она состоит из более фундаментальных частиц, они всегда имеют определенные и ненулевые размеры в пространстве. Они никогда не могут быть смоделированы как истинные точки, как, например, электрон.
Бозон Хиггса, напротив, считается фундаментальной частицей, для существования которой не требуется никаких других частиц. Таким образом, это определенно не квазичастица, а фундаментальная частица в том же смысле «невидимой внутренней структуры», что и фотон или электрон.
Причина, по которой все это может немного сбить с толку, заключается в том, что поскольку квазичастицы отражают фундаментальные законы квантования и сохранения, они во многих случаях подчиняются многим из тех же механизмов, что и для более фундаментальных частиц. Вот почему бозоны Намбу-Голдстоуна используются как в фундаментальной физике, так и в физике твердого тела. Это скорее отражение общности механизма Намбу-Голдстоуна, чем утверждение о наличии или отсутствии структуры более низкого уровня у вовлеченных частиц.
Создание пар — еще один пример правила, применимого как к фундаментальным частицам, так и к квазичастицам.
Создание пары - это механизм, с помощью которого достаточно энергичный гамма-луч может быть преобразован в электрон в свободном пространстве и позитрон в свободном пространстве. Этот процесс полностью существует в фундаментальной физике, поскольку гамма-фотон, электрон и позитрон не обнаруживают признаков более глубокой структуры на доступных энергетических уровнях.
Однако удивительно параллельный процесс создания пар происходит и при гораздо более низких энергетических уровнях, когда фотон сталкивается с полупроводниковой решеткой нужного типа. Этот фотон с более низкой энергией также создает пару заряженных квазичастиц и создает. Одним из них является электрон проводимости, который внутри полупроводника включает в себя локальную атомную решетку, через которую он движется. Таким образом, ее лучше всего моделировать как квазичастицу, имеющую как структуру, так и размер, которая включает в себя электрон, придающий ей заряд. Другая квазичастица — это дырка, которая также включает в себя решетку и вообще не имеет фундаментальной частицы за своей версией положительного заряда.
Точно так же механизм Намбу – Голдстоуна может применяться как к наборам всех фундаментальных частиц, так и к наборам всех квазичастиц (или смешанным).
Qмеханик
Рон Маймон