Фермі-рідина

Фермі-рідина - квантовомеханічна рідина, що складається з фермионов, схильних певним фізичним умовам, а саме система повинна бути при достатньо низькій температурі і володіти трансляційної інваріантністю. Взаємодія між частинками в багаточастинкових системі не зобов'язане бути малим (наприклад, електрони в металі). Феноменологічна теорія фермі-рідини, розвинена радянським фізиком Л. Д. Ландау в 1956 році, пояснює, чому деякі властивості взаємодіючої електронної системи подібні тим же властивостям електронного газу (тобто невзаємодіючих ферміонних), а інші властивості розрізняються.

Рідкий He-3 є фермі-рідиною при низьких температурах (але не досить низьких, щоб стати сверхтекучей фазою). Через непарного числа ферміонів в атомі, сам атом теж стає ферміони. Електрони в нормальному металі (не надпровідному) також являють собою фермі-рідина.

Фермі-рідина якісно аналогічна невзаємодіючих фермі-газу в наступному значенні: динаміка системи і термодинаміка при низькоенергетичних збудженнях і температурах може бути описана за допомогою невзаємодіючих фермионов, так званих квазічастинок, кожна з яких несе той же спін ​​, заряд і імпульс, що і нормальна частка. Фізично це можна представити у самоузгодженої картині, коли оточуючі частинки спотворюють рух частинки і вона теж обурює рух оточуючих частинок. Кожне Багаточасткові збуджений стан системи описується перерахуванням всіх зайнятих станів в імпульсному просторі, також як і для невзаємодіючих системи. В якості слідства теплоємність фермі-рідини зростає лінійно з температурою, як для фермі-газу.

Однак багато відмінності варто відзначити:

  • Енергія багаточастинкового стану не виражається сумою енергій одночастинкових збуджень по всьому заповненим станам. У самому справі в енергії для даної зміни \ Delta n_k заповнених станів k сосдержіт доданки лінійні та квадратичні по \ Delta n_k (Для фермі-газу бувають тільки лінійні по \ Delta n_k \ epsilon_k доданки, де \ Epsilon_k позначають енергії для однієї частинки). Лінійні доданки відповідають перенормировать одночасткової енергії, яка включає, наприклад, зміна ефективної маси квазічастинок. Квадратичні доданки відповідають усередненим взаємодії (середнє поле) між квазічастинками, яке характеризується так званим параметром фермі-рідини і визначає поведінку осциляцій густини (і спінової щільності) у фермі-рідини. У той же час ця взаємодія не приводить до розсіювання частинок між різними станами з певним імпульсом.
  • На додаток до взаємодії з середнім полем деякий слабке розсіювання квазічастинок один на одному залишається, завдяки слабкому взаємодії між ними, що призводить до кінцевого часу життя. Однак для досить низькою енергії збудження поблизу з поверхнею Фермі час життя стає таким, що твір енергії квазічастинки (діленої на постійну Планка) і часу життя багато більше одиниці. До цьому сенсі енергія квазічастинки визначається точно, інакше співвідношення невизначеності заважає точно визначити енергію.
  • Функція Гріна і розподіл по імпульсах квазічастинок аналогічно тих же функціях для Ферміон в фермі-газі (за винятком уширення дельта-піку в функції Гріна за рахунок кінцевого часу життя квазічастинок).

Фермі-рідини властиві особливі моди поширення високочастотного звуку, які отримали назву нульового звуку.