Квазичастиц, на самом деле, очень много. Поэтому для первого знакомства мы решили так: чтобы проще было разобраться в теме, мы попросили профессора Саутгемптонского университета и руководителя научной группы «Квантовая поляритоника» Российского квантового центра Алексея Кавокина коротко рассказать о семи самых занятных, по его мнению, квазичастицах. Рассказ Алексей сопроводил очень полезными и информативными иллюстрациями, главные герои которых, коты.

Чем квазичастицы отличаются от частиц? Тем, что они сидят в клетке и не могут выйти. Квазичастицы придумал Лев Ландау, чтобы упростить описание многочастичных физических процессов, происходящих в кристаллах. Вместо того, чтобы решать миллиарды уравнений, описывающих движение атомов и электронов в кристаллической решетке, оказалось достаточным записать всего несколько уравнений для придуманных частиц — квазичастиц — которые движутся по кристаллу, как по пустому пространству, не замечая отдельных атомов или ионов. Обладая полной свободой внутри кристалла, квазичастицы не могут выйти наружу. Те из них, которые решатся выглянуть за пределы кристаллической решетки, должны будут резко поменять свои свойства и превратиться в обычные частицы — электроны, ионы, фотоны.

Электрон

Чем отличается электрон-квазичастица от электрона-элементарной частицы? Отличие в массе. Распространяясь в кристаллической решетке, электрон становится легче. Говоря более строго: электрон-квазичастица описывается эффективной массой, которая зависит от параметров кристаллической решетки. В некоторых полупроводниковых кристаллах эффективная масса электрона бывает в 10 и даже 20 раз меньше массы свободного электрона. Более того, в графене — двумерном кристалле, состоящем из атомов углерода, построенных в форме пчелиных сот — некоторые из электронов-квазичастиц вообще не имеет массы. Все такие электроны летают с одинаковой по величине скоростью.

Читать дальше.