电子关联与多体物理

准粒子

/ KWAH-zee-PAR-tih-kul /

把手指慢慢插进一大碗浓蜂蜜里。一小团蜂蜜会随着你的指尖一起移动,黏在它上头。要是你忘掉蜂蜜,只盯着那一团移动的鼓包,它就像一个独立的胖墩墩的东西——比你光秃秃的手指更重、更迟钝。准粒子就是大自然版本的那团鼓包。

在材料内部,电子从来不是孤身一人:它推开附近的电子,又拉扯着原子,所以它总拖着一小片扰动的云。物理学家把电子连同这片云打成一个包,把整体当作一个全新的实体来处理——这就是准粒子。这个被「打扮」过的东西,运动和携带能量的样子都很像一个普通粒子,只是属性被改了,比如有了不一样的有效质量;而且它终会消散,因为它和真正的粒子不同,寿命是有限的。

它之所以重要,是因为准粒子正是物理学家把无望的相互作用系统变得可解的法门:你不必去对付几百万个纠缠的电子,而只需描述一团稀薄得多、彼此近乎独立的准粒子。一个常见的误解是:准粒子并不是一小块你能在真空里分离出来的新物质——它只存在于那群粒子之中,是对集体运动的一种便利、却又非常真实的记账方式。

在半导体里,从一个填满的层中敲走一个电子,留下来的那个空位就会四处漂移,仿佛它是一个带正电的粒子——物理学家管它叫空穴。空穴就是一种准粒子:那里并没有真正的正电粒子,只有「少了一个电子」这件集体的事,表现得恰恰就像一个粒子。

「空穴」——电子缺失留下的空位——会像真正的正粒子那样漂移:这是一种准粒子。

有些准粒子是真实粒子被「打扮」后的版本(电子加上它的云);另一些,比如声子或磁振子,底下根本没有什么粒子,纯粹是集体运动。这两类都足够真实,你可以让它们散射、对它们计数、测出它们的能量。

又称
dressed particle准粒子激发準粒子激發