电子关联与多体物理
涌现准粒子
看看体育场里观众做的「人浪」。一道起立又坐下的涟漪绕着场馆扫过,活像个有生命的东西,可没有任何一个人真的离开过自己的座位。这道浪是真实的——你看得见它、能给它计时、能看着它行进——然而它无非是由协调一致的人群构成的。涌现准粒子,就是物理学版本的体育场人浪。
在一种含有无数相互作用电子的材料里,某些扰动行进、表现得如此利落,以至于我们能把它们当作自成一体的粒子来对待——哪怕没有任何一种基本粒子与之对应。说它们「涌现」,是因为它们只作为底层粒子的集体图案而存在;说它们是「准粒子」,是因为它们像真正的粒子那样携带能量、动量,有时甚至携带电荷或自旋。磁振子(磁体中那些已对齐的自旋里行进着的一个晃动)就是个干净的例子。
它之所以重要,是因为它揭示了物理学中最深刻的观念之一:全新种类的「粒子」,带着基本构件里从未见过的属性,可以纯粹从大量简单部件如何自我组织中诞生。要诚实地补一句:涌现准粒子并不因为是集体的就更不真实——但它们没法在其寄主材料之外存在,正如一道人浪离不开它的体育场。
在分数量子霍尔效应里,被关在一张平面上、又被强磁场压着的电子集体行动,使得它们的激发只携带一个电子电荷的几分之一——比方说三分之一。没有任何基本粒子带有分数电荷,然而这些涌现准粒子,确确实实可测地带着分数电荷。
分数量子霍尔激发携带一个电子电荷的几分之一——这就是涌现准粒子。
每个涌现准粒子都是准粒子,但「涌现」二字强调的是:由此产生的东西可以拥有底层粒子统统没有的属性——分数电荷、反常统计之类。正是这份新奇,使得「涌现」成为物理学最令人惊讶的教益之一。
又称
另见