НУЛЕВОЙ ЗВУК


НУЛЕВОЙ ЗВУК
НУЛЕВОЙ ЗВУК

       
особого рода колебания, к-рые могут распространяться в квант. жидкостях (ферми-жидкостях, напр. в жидком 3Не) при темп-pax, очень близких к абс. нулю. Н. з. связан с отклонением ф-ции распределения существующих в ферми-жидкости элем. возбуждений (квазичастиц) от равновесного значения. Скорость Н.. з. с0 не совпадает со скоростью обычного звука с, к-рая определяется сжимаемостью жидкости, причём с0>с. Н. з. был предсказан Л. Д. Ландау (1957) на основе общей теории ферми-жидкости, экспериментально обнаружен в жидком 3Не амер. физиками в 1966. В температурном интервале от 2 до 100 мК и давлении 0,32 атм ср. значение с составило 187,9 м/с, а с0=194,4 м/с (на частотах 15,4 и 45,5 МГц). Н. з. может возникать также в металлах, эл-ны в к-рых образуют заряженную ферми-жидкость.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. . 1983.

НУЛЕВОЙ ЗВУК

- слабозатухагощиеколебания, распространяющиеся при низких темп-pax в системе вырожденных фермиоиов(ферми-жидкость, ферми-газ), причём длина свободного пробега квазичастицмного больше длины волны. Н. з. представляет собой проявление колебанийфункции распределения квазичастиц. В этом его отличие от обычного звука, <при распространении к-рого ф-ция распределения в каждом элементе объёмаостаётся равновесной, а колеблются плотность жидкости и скорость движенияэлемента объёма как целого.
Наиб. яркий пример Н. з. - т. н. продольныйН. з. в жидком 3 Не при низких темп-pax Т. На низких частотах(15005-72.jpg что отвечаетусловию малости длины пробега 15005-73.jpgквазичастпцы по сравнению с длиной волны 15005-74.jpgгде с- скорость распространения НЧ гидродинамич. звука) в жидком 3 Не, <как и в любой жидкости, могут распространяться обычные гидродинамич. (звуковые)колебания плотности (15005-75.jpg- характерное время столкновительной релаксации). При 15005-76.jpgэти колебания, как всегда, испытывают очень большое затухание; на ещё болеевысоких частотах, если бы жидкий 3 Не являлся обычной классич. <жидкостью, распространение в нём коллективных колебаний было бы невозможно. <Однако в жидком 3 Не при 15005-77.jpgопять возникает возможность распространения колебаний плотностп со скоростьюs0, существенно превышающей с. Такие ВЧ-колебания имеютнегидродинамич. природу и связаны со специфич. характером энергетич. распределениячастиц и их взаимодействия в ферми-жпдкости 3 Не. В ферми-жпдкости 3 Непри низких темп-pax ( Т- >0) частицы заполняют все возможные энергетич. <состояния внутри определённой (ферми-) сферы в импульсном пространстве (см. Ферми-энергия, <Ферми-поверхность), а состояния вне этой сферы свободны. Нарушениеравновесного распределения квазичастиц может состоять в колебаниях ферми-поверхности, <при к-рых роль возвращающей силы играет специфич. ферми-жидкостное взаимодействиеквазичастиц. Колебания ферми-сферы приводят к распространению нуль-звуковыхколебаний плотности в 3 Не. Поскольку время релаксации 15005-78.jpgквазичастиц фермп-жидкости 3 Не растёт с понижением темп-ры . как 15005-79.jpg~1/Т 12, то при Т-> 0 гидродинамич. область 15005-80.jpgпрактически исчезает и любые колебания, в т. ч. плотности (звук), оказываютсявысокочастотными 15005-81.jpgнуль-звуковыми (отсюда и название: Н. з. - звук, распространяющийся в ферми-жидкостипри нулевой темп-ре). В ДВ-пределе частота колебаний нулевого звука пропорциональнаих волновому вектору. Обычно при описании свойств изотропной ферми-жидкостиферми-жидкостную ф-цию Ландау f, характеризующую ферми-жидкостноевзаимодействие квазичастиц вблизи ферми-поверхности, разлагают в ряд пополипомам Лежандра (как правило, соответствующие коэф. разложения обозначают Fn или F(s)n),а отклонение ф-ции распределения от равновесия - по присоединённым полиномамЛежандра Р mn . При этом кинетич. ур-ние, определяющеераспространение Н. з., распадается на систему независимых ур-ний, каждоеиз к-рых описывает волны нуль-звукового типа с разл. азимутальными числами т. В пренебрежении столкновениями, т. е. при Т- > 0, эти ур-ниясводятся к следующим трансцендентным ур-ниям, задающим неявно скоростираспространения sm волн Н. з. с данным значением азимутальногочисла т:

15005-82.jpg

15005-83.jpg

где vF - фсрмиевскаяскорость,15005-84.jpg- направляющий угол, а интегрирование ведётся по всему телесному углу 15005-85.jpg
Волны Н. <з. могут распространяться не слюбыми азимутальными числами т. Слабозатухающему Н. з. соответствуют толькоте решения sm ур-ний (*), для к-рых smvF,в противном случае волна испытывала бы сильное бесстолкновительное затуханиеи распространяться не могла [это связано с обращением в нуль знаменателейподынтегрального выражения в (1); см. Ландау затухание]. Требование smF накладывает, согласно (*), существенные ограниченияна ферми-жидкостные гармоники Fn с п 15005-86.jpgт. Как правило, параметры Fn довольно быстро убываютс ростом п, что приводит к невозможности распространения колебанийН. з. с большими значениями азимутального числа т. Так, в слабонеидеальномразреженном ферми-газе не могут распространяться волны И. з. с 15005-87.jpgПри 15005-88.jpg условиемотсутствия сильного бесстолкновительного затухания является неравенство 15005-89.jpgгде Т F - вырождения температура.
Если ферми-жидкостная ф-ция константа, <т. е. только нулевая гармоника F015005-90.jpg0,а все Fn =0 при п0, задаваемой ур-нием 15005-91.jpg
Причём ур-ние имеет решение только при F00. Это и есть условие распространения продольного Н. з. в даннойсистеме. Если, кроме F0, отлична от нуля также гармоника F1, то в такой системе может распространяться и Н. з. с азимутальным числом т= 1 (т. н. поперечный Н. з.). Скорость поперечного Н. з. s1 задаётся ур-нием 15005-92.jpgимеющим действит. решение slvF толькопри F1 6. Поперечный Н. <з. - аналог поперечных звуковыхколебаний, к-рые, однако, в обычной жидкости быстро затухают и распространятьсяне могут.

Коэф. поглощения Н. з.15005-93.jpgпри (s/vF - 1)15005-94.jpg Т/Т F определяетсястолкновениями квазпчастиц друг с другом. При не слишком высоких частотах 15005-95.jpg~ Т 2 ине зависит от частоты. На частотах 15005-96.jpgдля затухания Н. з. определяющими становятся столкновения квазичастиц, <сопровождающиеся поглощением или излучением кванта Н. з.; при этом у пропорционально 15005-97.jpgине зависит от темп-ры.
Иногда под Н. з. понимают также и ВЧ-колебания 15005-98.jpgпроизвольных спиновых компонент одноча-стпчного распределения квазичастиц. <Так, для ферми-жидкости частиц со спином 1/2 рассматриваютнуль-звуковые колебания антисимметризованной по спину ф-ции распределения, <т. е. импульсного распределения магн. момента квазичастиц. Такие колебанияпредставляют собой специфич. ферми-жидкостные спиновые волны, аскорость распространения этих нуль-звуковых спиновых волн в отсутствиемагн. поля (спиновой поляризации) по-прежнему задаётся ур-нпями (*), куда, <однако, вместо гармоник Fn f -функции Ландау, симметризованнойпо спину, следует подставить гармоники антисимметризованной по спину ферми-жидкостнойф-ции, обозначаемые обычно Zn или Fan.
Существование Н. з. и соответствующихспиновых волн предсказано Л. Д. Ландау в 1957, экспериментально продольныйН. з. обнаружен в жидком гелии 3 Не амер. физиками (1966).
По-видимому, в жидком 3Hе приповышенных давлениях может распространяться и поперечный Н. з. В электроннойферми-жидкости, напр. в металлах, распространение Н. з. обычно не наблюдаетсявследствие требования электронейтральности. Однако в нек-рых металлах вмагн. поле наблюдались спиновые волны нуль-звукового типа.

Лит.: Ландау Л. Д., Колебания ферми-жидкости,"ЖЗТФ", 1957, т. 32, с. 59; Абель В. Р., Андерсон А. К., Уитли Дж. К.,Распространение нулевого звука в жидком Не 3 при низких температурах, <пер. с англ., "УФН", 1967, т. 91, с. 311; Халатников И. М., Теория сверхтекучести, <М., 1971; Р1atzman P. M., Wо1ffP. A., Waves arid interactions in solidstate plasmas, "Solid State Phys.", [Suppl.] 13, 1973, ch. 10; Лифшиц Е. <М., Питаевекий Л. П., Статистическая физика, ч. 2, М., 1978.

А. Э. Мейерович.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.


.

Смотреть что такое "НУЛЕВОЙ ЗВУК" в других словарях:

  • Нулевой звук — Нулевой звук  высокочастотные моды распространения волн в Ферми жидкости в условиях, когда в системе не успевает установиться термодинамическое равновесие. Волны нулевого звука не являются волнами сжатия и растяжения, при его распространении …   Википедия

  • Нулевой звук —         особого рода колебания, которые могуг распространяться в квантовых жидкостях (См. Квантовая жидкость) (ферми жидкостях, например в жидком 3Не) при температурах, очень близких к абсолютному нулю (См. Абсолютный нуль). Н. з. связан с… …   Большая советская энциклопедия

  • НУЛЕВОЙ ЗВУК — слабозатухающис колебания (квазичастицы), распространяющиеся при низких темп pax в системе вырожденных фермионов, причём длина свободного пробега квазичастиц много больше длины волны. Н.э. представляет собой проявление колебаний функции… …   Естествознание. Энциклопедический словарь

  • нулевой звук — Специфические волны, которые могут распространяться в ферми жидкости (например, жидком He3) при температурах, близких к абсолютному нулю, когда не успевает устанавливаться локальное термодинамическое равновесие …   Политехнический терминологический толковый словарь

  • Звук — I упругие колебания, распространяющиеся в газообразной, жидкой или твердой среде, которые, воздействуя на слуховой анализатор, вызывают слуховые ощущения. Звуковые колебания характеризуются частотой (числом полных колебаний в единицу времени) и… …   Медицинская энциклопедия

  • Нулевой согласный — (ларингал). В некоторых индийских письменностях (тибетской, кхмерской, тайской, лаосской, батакской, бугийской, корейской и др.) самостоятельная графема для начального гласного (инициали) существовала только для звука «а». Причем звук «а»… …   Грамматологический словарь

  • КВАНТОВАЯ ЖИДКОСТЬ — жидкость, св ва к рой определяются квант. эффектами (сохранением жидкого состояния до абс. нуля темп ры, сверхтекучестью, существованием нулевого звука и др.). К. ж. явл. гелий жидкий при темп ре, близкой к абс. нулю. Квант. эффекты начинают… …   Физическая энциклопедия

  • Квантовая жидкость —         жидкость, свойства которой определяются квантовыми эффектами. Примером К. ж. является жидкий гелий при температуре, близкой к абсолютному нулю. Квантовые эффекты начинают проявляться в жидкости при достаточно низких температурах, когда… …   Большая советская энциклопедия

  • КВАНТОВЫЙ ГАЗ — разреженный газ, состоящий из частиц, де бройлевская длина волны к рых намного превышает их радиус взаимодействия. Условие разреженности газа N | а 3 | <<1 (N число частиц в единице объёма, а длина рассеяния частиц, характеризующая их… …   Физическая энциклопедия

  • ГЕЛИЙ — He (helium), химический элемент из семейства благородных (инертных) газов He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn, составляющих VIIIA подгруппу в периодической системе элементов, или, как ее еще называют, нулевую группу. История открытия. Гелий впервые был… …   Энциклопедия Кольера

Книги

Другие книги по запросу «НУЛЕВОЙ ЗВУК» >>


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.