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Rotón

quasipartícula observada en helio-4 superfluido

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.

Relación de dispersión de rotón, mostrando la energía de la cuasipartícula E(p) como una función del momento p. Una cuasipartícula con momento generado en el mínimo local de energía se llama un rotón

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

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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

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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

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Referencias

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  1. ↑ 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. 
  2. ↑ 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. 
  3. ↑ 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. 
  4. ↑ Landau, L. D. (1947). On the theory of superfluidity of helium II. Physics-Uspekhi, 11(1), 91.
  5. ↑ 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. 
  6. ↑ 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. 
  7. ↑ 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. 
  8. ↑ 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. 
  9. ↑ 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. 
  10. ↑ 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. 
  11. ↑ «Three teams independently show dipolar quantum gasses support state of supersolid properties». 
  12. ↑ 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

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