Können Feststoffe auf eine ausreichend niedrige Temperatur gekühlt werden, so dass Schall sie ohne akustische Impedanz durchdringen kann?
Es scheint, dass, wenn ich einen Festkörper in Form eines Torus hätte, der im Umgebungsvakuum sitzt, auf den absoluten Nullpunkt abgekühlt ist und dann beschlossen habe, eine Kompression entlang einer kreisförmigen Scheibe einzuführen (der Rest des Festkörpers immer noch bei 0), dann sollte diese Welle breiten sich endlos um den Torus herum aus.
Kann dieses Verhalten bei wenn man die Bose-Einstein-Kondensation von Phononen berücksichtigt?
Phononen sind teilweise bereits verdichtet. Normalerweise werden sie als die Goldstone-Modi der gebrochenen Translationssymmetrie betrachtet (ignorieren Sie der Einfachheit halber optische Modi). Dies bedeutet, dass der Überfluss von Phononen eine ständige Bewegung des Kristalls selbst ist. Mit anderen Worten, der Kristall kann sich unbegrenzt mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegen (unter der Annahme, dass keine äußeren Kräfte am Werk sind). In der Torus-Geometrie dreht sich der gesamte Kristall unbegrenzt ohne Dissipation.
Ich glaube jedoch, was Sie wirklich interessiert, ist die Bose-Kondensation der Kerne des Gitters selbst. Das ist tatsächlich das, was Menschen mit ultrakalten Atomen regelmäßig erreichen. Allerdings haben sie es in ihrem Fall mit Gasen zu tun, nicht mit Feststoffen!
Aber können Sie das tatsächlich in einem normalen Feststoff (sagen wir Lithium?)
Die Antwort ist wahrscheinlich theoretisch ja, aber in der Praxis ist es nein. Als Faustregel für die Bose-Kondensation gilt, dass die thermische De-Broglie-Wellenlänge der Atome mindestens in der Größenordnung des Atomabstands selbst liegen muss. Für Elektronen wird dies aufgrund ihrer winzigen Masse selbst bei extrem hohen Temperaturen trivial erreicht. Für Kerne, die tausendmal schwerere Massen haben, müsste diese Temperatur jedoch höchstens im Nano-Kelvin-Bereich liegen (in Wirklichkeit Pico-Kelvin). An diesem Punkt könnten Sie möglicherweise in das Regime der atomaren Kondensation gelangen, aber normalerweise müssen Sie noch kälter werden.
Derzeit ist das kälteste, was man an einen Feststoff bekommen kann, im Milli- bis (hohen) Mikro-Kelvin-Bereich. In Nano- oder Pico-Kelvin zu kommen, ist für einen gewöhnlichen Festkörper völlig unerreichbar. Vielleicht wird es eines Tages in der Zukunft möglich sein.
Ich denke, es gibt einen wichtigen Unterschied zwischen Elektronen und Phononen, der hier berücksichtigt werden muss. Der supraleitende Übergang beinhaltet die Bildung eines Vielteilchenzustands, in dem sich Elektronen anziehen und durch Phononen-vermittelte Wechselwirkungen aneinander binden. Was tatsächlich passiert, ist, dass die Bewegung der Elektronen und Gitterschwingungen kohärent interferieren, um ein Quasiteilchen zu bilden, das sich frei durch das Vielteilchen-Vakuum bewegen kann. Bei endlicher Temperatur ist die Hauptwiderstandsquelle in einem Metall die Elektron-Phonon-Streuung, aber diese Quelle wird eliminiert, wenn Sie einen kohärenten Elektron-Phonon-Zustand bilden, sodass der Widerstand im Wesentlichen auf Null fällt (obwohl die Streuung von Cooper-Paaren durch Verunreinigungen und Gitterfehler ist). noch möglich und ergibt einen geringen Restwiderstand).
Für Phononen gibt es jedoch kein äquivalentes Verfahren. Es gibt keinen Mechanismus, durch den sie kohärent mit ihren Streuern (hauptsächlich Gitterfehler, anharmonische Effekte und Elektronen) interferieren, um Quasiteilchen zu erzeugen, die sich frei ausbreiten. Wie von Benutzer 157979 erwähnt, können Phononen bei niedrigen Temperaturen ein Bose-Einstein-Kondensat bilden, das eine völlig andere Art von Objekt mit anderen Eigenschaften ist.
mmesser314