В чем разница между фотоном и фононом?

В частности, чем дуализм волна-частица отличается от квазичастично-коллективного возбуждения?

Что делает фотон калибровочным бозоном, а фонон — бозоном Намбу–Голдстоуна?

Что касается последнего вопроса, вы изучали это заранее? Или вы просто находите википедию неудовлетворительной?: en.wikipedia.org/wiki/Photon#The_photon_as_a_gauge_boson . Что касается первого вопроса, то одно поразительное отличие заключается в том, что двойственность относится к реальным частицам, тогда как возбуждения не являются реальными частицами (отсюда и термин «квази»).
Фотоны тоже можно рассматривать как квазичастицы: у них есть источники и поглотители, и они участвуют в соответствующих уравнениях источник/поглотитель. Другими словами, по правде говоря, они не считаются независимыми от материи.

Ответы (2)

Не все фононы являются бозонами Намбу-Голдстоуна и не все бозоны Намбу-Голдстоуна являются фононами. Бозоны Намбу-Голдстоуна (обычно) представляют собой бесщелевые возбуждения, возникающие в результате спонтанного нарушения симметрии. Например, в бесспиновом конденсате Бозе-Эйнштейна NG-бозон действительно является фононом с линейной дисперсией при низкой энергии. Однако в ферромагнетике NG-бозон называется магноном. Этот магнон является бесщелевым, но имеет квадратичный закон дисперсии, как массивная частица, и его вообще нельзя называть фононом.

В периодическом кристалле, например, фононные моды возникают из-за (дискретной) трансляционной симметрии, а не из-за спонтанного нарушения симметрии — они не являются NG-бозонами. Как кто-то указал, периодичность не нужна. На самом деле практически во всех системах конденсированных сред фононы есть из-за трансляционной симметрии (в воздухе их много!).

Как вы, наверное, заметили, я гораздо больше склоняюсь к конденсированным веществам, чем к теории высоких энергий, поэтому я не уверен, что могу сказать что-нибудь полезное о фотонах!

Ух ты! Это действительно здорово, спасибо, что нашли время, чтобы объяснить это.
@emarti: я думаю, что фононы также являются NG-бозонами в периодическом кристалле, поскольку пространственно-временные ускорения (и перемещения, вращения) спонтанно разрушаются решеткой. Остаточные дискретные симметрии ограничивают низкоэнергетические взаимодействия NG-бозонов. На самом деле, теория фононов скорее инвариантна по Галилею (или Пуанкаре), чем симметрична только относительно дискретной неразрывной подгруппы решетки. Смотрите мой ответ ниже.
Прошу прощения, но существование фононов не требует периодичности или любого другого нарушения симметрии. Каждое сплошное твердое тело имеет 3 ветви бесщелевых акустических фононов.
@Slaviks: да, существование фотонов не требует периодичности фона (на самом деле они существуют и для жидкостей и других желеобразных твердых тел), но вместо этого требуется спонтанное нарушение трех пространственно-временных симметрий, а именно ускорений (или переводов ). Это очень простой факт, который сводится к тому, что фон нарушает инвариантность по отношению к бустам Галилея или Пуанкаре. Локальные бусты соответствуют бесщелевым возбуждениям, потому что они не требуют энергии, поскольку законы физики действительно инвариантны по Галилею (или Пуанкаре).
@аргопулос +1; хорошая перспектива! Верно ли, что разница по существу сводится к тому, есть ли эфир (следовательно, фононы) или нет (следовательно, фотоны)?
@Slviks: существование эфира, безусловно, является одним из важнейших отличий, но не единственным. Несомненно, эфир (+симм Галилея/Пуанкаре) объясняет существование бесщелевых скалярных мод (фононов), связанных производной связью; напротив, существование безмассового (со спином 1) возбуждения электромагнитного поля не происходит ни из фоновой, ни из калибровочной инвариантности per se (калибровочная инвариантность соблюдается для массивных векторных бозонов с помощью трюка Штукельберга, который вводит дополнительные степени свободы). Скорее, это происходит из-за принятия только двух поляризаций: лоренцевской симметрии и локальности.
@Славикс, да, я просто использовал периодический кристалл в качестве примера чего-то, что даже не имеет непрерывной трансляционной симметрии. Воздух и жидкости не имеют проблем с переносом звука.

Фононы — это бозоны Голдстоуна со спонтанно нарушенной пространственно-временной симметрией (см., например, http://arxiv.org/abs/hep-ph/9609466 ). Как правило, разбиваются бусты и трансляции Галилея (или Пуанкаре), но результирующее количество Голдстоунов меньше или равно количеству сломанных генераторов (например, трансляция, зависящая от пространства-времени, не является независимой, чем бустинг). Фононы имеют спин 0 и становятся сильно связанными, как и каждый бозон Голдстоуна, с масштабом (например, с масштабом решетки), где могут быть возбуждены лежащие в основе микроскопические степени свободы.

Вместо этого безмассовые бозоны со спином 1 описываются с помощью калибровочной инвариантности, которая представляет собой бухгалтерскую «симметрию», которая стирает все взаимодействия, которые либо придавали бы фотону массу, либо снижали порог отсечки теории, делая его сильно связанным на довольно больших расстояниях. Можно попытаться связать безмассовые калибровочные бозоны со спином 1 с бозонами Голдстоуна, нарушив пространственно-временную симметрию с параметром порядка со спином 1. Это очень спекулятивные идеи, которые имеют крошечный шанс работать только в разорванном пространстве-времени Пуанкаре.

В чем разница между фотоном и фононом?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v