شبه جسيم

في الفيزياء أشباه الجسيمات quasiparticles أو الإثارات المجمعة collective excitations، (والتي تكون مرتبطة بشكل وثيق)، هي ظاهرة تولد تحدث عندما يسلك النظام المعقد نظام مجهري، مثل المادة الصلبة، سلوكه كأنه يحتوي على جزيئات مختلفة ذات تفاعل ضعيف في الفضاء الحر. على سبيل المثال، مثل إلكترون يسافر عبر شبه موصل، تكون حركته موزعة في مسار معقد عن طريق تفاعلاته مع جميع إلكترونيات النويات الأخرى؛ إلى أن سلوكه يكون مشابه تقريباً لسلوك إلكترون بكتلة مختلفة يسافر بثبات في الفضاء الحر. هذا "الإلكترون" ذو الكتلة المختلفة يسمى "إلكترون شبه جسيم". في مثال آخر، الحركة الإجمالية للإلكترونات في نطاق التكافؤ لشبه الموصل تكون مماثلة إذا كان شبه الموصل يحتوي على أشباه جسيمات مشحونة سلبياً تسمى الثقوب. أشباه الجسيمات أو الإثارات المجمعة الأخرى تشمل الفونونات (جزئيات مشتقة من اهتزازات الذرات في المادة الصلبة)، الپلازمون (جزئيات مشتقة من تذبذبات الپلازما) وأخرى كثيرة. مفهوم أشباه الجسيمات أكثر أهمية في فيزياء المواد المكثفة، حيث يعتبر واحداً من الطرق القليلة المعروفة لتبسيط مشكلة الأجسام المتعددة الميكانيكية الكمومية.

مقدمة عامة

المواد الصلبة مصنوعة من ثلاثة أنواع فقط من الجسيمات: الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات جزيئات اشباه الجسيمات لا شيء من هذه. بدلا من ذلك، فهي ظاهرة الناشئة التي تحدث داخل المواد الصلبة. لذلك، في حين أنه من الممكن جدا أن يكون جسيم واحد (الإلكترون أو البروتون أو النيوترون) العائمة في الفضاء، يمكن أن يوجد شبه الجسيم بدلا من ذلك فقط داخل الصلبة. الحركة في المواد الصلبة معقدة للغاية: يتم دفع وسحب كل إلكترون وبروتون (بواسطة قانون كولوم) من قبل جميع الإلكترونات والبروتونات الأخرى في صلب (والتي قد تكون نفسها في الحركة). ومن هذه التفاعلات القوية التي تجعل من الصعب جدا التنبؤ وفهم سلوك المواد الصلبة .من ناحية أخرى، فإن حركة الجسيمات غير المتفاعلة بسيطة جدا: في الميكانيكا الكلاسيكية يتحرك في خط مستقيم، وفي ميكانيكا الكم، فإنه يتحرك في تراكب موجات الطائرة. هذا هو الدافع لمفهوم أشباه الجسيمات.

أِشباه الجسيمات : الحركة المعقدة من الجسيمات الفعلية في الجسيمات الصلبه.

باختصار أشباه الجسميات هي أداة رياضية لتبسيط وصف المواد الصلبة. فهي ليست جسيمات "حقيقية" داخل المادة الصلبة. وبدلا من ذلك، يقول "شبه جسيم موجود" أو "شبه جسيم يتحرك" هو الاختزال لقوله "عدد كبير من الإلكترونات والنوى تتحرك بطريقة منسقة محددة.

التاريخ

نشأت فكرة اشباه الجسيمات في نظرية ليف لانداو لسوائل فيرمي، التي اخترعت أصلا لدراسة الهليوم السائل 3. بالنسبة لهذه النظم يوجد تشابه قوي بين مفهوم شبه الجسيم ومفهوم الجسيمات في نظرية مجال الكم. يتم تعريف ديناميات نظرية لانداو بمعادلة حركية لنوع الحقل المتوسط. معادلة مماثلة( معادلة فلاسوف)،وهي صالحة للبلازما في ما يسمى (تقريب البلازما). في تقريب البلازما: تتحرك الجسيمات المشحونة في المجال الكهرومغناطيسي الذي تولده جميع الجسيمات الأخرى بشكل جماعي، وتتجاهل التصادمات الصلبة بين الجسيمات المشحونة. وعندما تكون المعادلة الحركية لنوع الحقل المتوسط وصفا أوليا صالحا للنظام، تحدد التصويبات من الدرجة الثانية إنتاج الكون، وتتخذ عموما شكل مصطلح اصطدام من نوع بولتزمان، يكون فيه الشكل "التصادمات البعيدة فقط" "بين الجسيمات الظاهرية. وبعبارة أخرى، فإن كل نوع من المعادلات الحركية المتوسطة الحقل، وفي الواقع كل نظرية المجال المتوسط، ينطوي على مفهوم شبه الجسيم.