量子谐振子

声子

声子是固体中振动的单个量子——是那波及晶体原子点阵的类声波的、一份不可分割的能量包。正如光以光子的形式出现,原子的集体抖动也以离散的能量单元 ℏω 出现,而这样一个单元就是一个声子。这个名字有意呼应「光子」,因为两者是用同一套振子数学搭建的近亲。

晶体中的原子被弹簧式的力束缚在邻居身旁,所以固体表现得像一个庞大的耦合振子阵列。把这团纠缠梳理成相互独立的简正模式,就把它变成了一组各自分立的谐振子,而每个模式的能量都沿着那条熟悉的等间距阶梯攀升。给某个模式添加一个量子由产生算符描述,算作产生一个声子;移除一个则是湮灭一个声子。

声子绝非可有可无的记账手段——它们携带热量穿过材料,散射电子从而造成电阻,更引人注目的是,它们把电子黏合成库珀对,使普通超导体得以运作。把点阵振动当作一团声子粒子来处理,是把量子振子应用到课本中那根弹簧之外的伟大成功之一。

E_phonon = ℏω (one quantum of a normal mode of the lattice)

一个声子恰好是晶体某个振动模式上一级 ℏω 的能量。

声子是一种准粒子:它不是在真空中运动的真实粒子,而是众多原子的一种集体激发,只有在介质内部才有意义。但它仍携带确定的能量与动量,并完全像粒子一样被清点。

又称
quantum of lattice vibration声学量子聲子