電子關聯與多體物理
準粒子
/ KWAH-zee-PAR-tih-kul /
把手指慢慢插進一大碗濃蜂蜜裡。一小團蜂蜜會隨著你的指尖一起移動,黏在它上頭。要是你忘掉蜂蜜,只盯著那一團移動的鼓包,它就像一個獨立的胖墩墩的東西——比你光禿禿的手指更重、更遲鈍。準粒子就是大自然版本的那團鼓包。
在材料內部,電子從來不是孤身一人:它推開附近的電子,又拉扯著原子,所以它總拖著一小片擾動的雲。物理學家把電子連同這片雲打成一個包,把整體當作一個全新的實體來處理——這就是準粒子。這個被「打扮」過的東西,運動和攜帶能量的樣子都很像一個普通粒子,只是屬性被改了,比如有了不一樣的有效質量;而且它終會消散,因為它和真正的粒子不同,壽命是有限的。
它之所以重要,是因為準粒子正是物理學家把無望的相互作用系統變得可解的法門:你不必去對付幾百萬個糾纏的電子,而只需描述一團稀薄得多、彼此近乎獨立的準粒子。一個常見的誤解是:準粒子並不是一小塊你能在真空裡分離出來的新物質——它只存在於那群粒子之中,是對集體運動的一種便利、卻又非常真實的記帳方式。
在半導體裡,從一個填滿的層中敲走一個電子,留下來的那個空位就會四處漂移,彷彿它是一個帶正電的粒子——物理學家管它叫空穴。空穴就是一種準粒子:那裡並沒有真正的正電粒子,只有「少了一個電子」這件集體的事,表現得恰恰就像一個粒子。
「空穴」——電子缺失留下的空位——會像真正的正粒子那樣漂移:這是一種準粒子。
有些準粒子是真實粒子被「打扮」後的版本(電子加上它的雲);另一些,比如聲子或磁振子,底下根本沒有什麼粒子,純粹是集體運動。這兩類都足夠真實,你可以讓它們散射、對它們計數、測出它們的能量。
又稱
另見