Was ist der Unterschied zwischen einem Photon und einem Phonon?

Genauer gesagt, wie unterscheidet sich eine Welle-Teilchen-Dualität von einer Quasiteilchen/kollektiven Anregung?

Was macht ein Photon zu einem Eichboson und ein Phonon zu einem Nambu-Goldstone-Boson?

Haben Sie für die letzte Frage vorher recherchiert? Oder finden Sie Wikipedia einfach unbefriedigend?: en.wikipedia.org/wiki/Photon#The_photon_as_a_gauge_boson . Was die erste Frage betrifft, so besteht ein auffälliger Unterschied darin, dass sich die Dualität auf tatsächliche Teilchen bezieht, während Erregungen keine echten Teilchen sind (daher der Begriff „quasi“).
Auch Photonen kann man sich als Quasiteilchen vorstellen: Sie haben Quellen und Absorber und sind an den entsprechenden Quelle/Absorber-Gleichungen beteiligt. Mit anderen Worten, sie werden nicht als unabhängig von der Materie angesehen, um die Wahrheit zu sagen.

Antworten (2)

Nicht alle Phononen sind Nambu-Goldstone-Bosonen und nicht alle Nambu-Goldstone-Bosonen sind Phononen. Nambu-Goldstone-Bosonen sind (normalerweise) lückenlose Anregungen, die durch spontane Symmetriebrechung entstehen. Beispielsweise ist das NG-Boson in einem spinlosen Bose-Einstein-Kondensat tatsächlich ein Phonon mit einer linearen Dispersion bei niedriger Energie. In einem Ferromagneten wird das NG-Boson jedoch als Magnon bezeichnet. Dieses Magnon ist lückenlos, hat aber wie ein massives Teilchen eine quadratische Dispersionsbeziehung und sollte im Allgemeinen nicht als Phonon bezeichnet werden.

In einem periodischen Kristall zum Beispiel entstehen Phononenmoden aufgrund von (diskreter) Translationssymmetrie, aber nicht spontaner Symmetriebrechung – sie sind keine NG-Bosonen. Wie jemand darauf hingewiesen hat, ist die Periodizität nicht erforderlich. Tatsächlich haben praktisch alle kondensierten Materiesysteme aufgrund der Translationssymmetrie Phononen (Luft hat viel!).

Wie Sie wahrscheinlich sehen können, neige ich viel mehr zur kondensierten Materie als zur Hochenergietheorie, daher bin ich mir nicht sicher, ob ich etwas Nützliches über Photonen sagen kann!

Wow! Das ist wirklich cool, danke, dass du dir die Zeit genommen hast, das zu erklären.
@emarti: Ich denke, Phononen sind auch NG-Bosonen in periodischen Kristallen, da Raumzeit-Boosts (und Traslationen, Rotationen) spontan durch das Gitter gebrochen werden. Die verbleibenden diskreten Symmetrien schränken die NG-Boson-Niedrigenergie-Wechselwirkungen ein. Tatsächlich ist die Theorie der Phononen Galileo (oder Poincare') invariant und nicht nur unter der diskreten ununterbrochenen Untergruppe des Gitters symmetrisch. Siehe meine Antwort unten.
Ich bitte um Verzeihung, aber die Existenz von Phononen erfordert keine Periodizität oder irgendeine andere Symmetriebrechung. Jeder kontinuierliche Festkörper besitzt 3 Äste lückenloser akustischer Phononen.
@Slaviks: Ja, die Existenz von Photonen erfordert keine Periodizität des Hintergrunds (tatsächlich existieren sie auch für Flüssigkeiten und andere gelartige Feststoffe), sondern erfordert stattdessen das spontane Brechen von 3 Raumzeitsymmetrien, nämlich der Boosts (oder Übersetzungen ). Dies ist eine sehr grundlegende Tatsache, die auf die Tatsache hinausläuft, dass ein Hintergrund die Invarianz unter Galilei- oder Poincaré-Boosts bricht. Lokale Boosts entsprechen lückenlosen Anregungen, da sie keine Energie kosten, da die Gesetze der Physik tatsächlich Galilei (oder Poincare') invariant sind.
@argopulos +1; eine schöne Perspektive! Ist das richtig, dass der Unterschied im Wesentlichen darauf hinausläuft, ob es Äther (daher Phononen) gibt oder nicht (daher Photonen)?
@Slviks: Die Existenz eines Äthers ist sicherlich einer der entscheidenden Unterschiede, aber nicht der einzige. Sicherlich erklärt der Äther (+Galilean/Poincare' Symm.) die Existenz von lückenlosen Skalarmoden (den Phononen), die abgeleitet gekoppelt sind; im Gegenteil, die Existenz einer masselosen (Spin-1) Anregung des EM-Feldes kommt weder von einem Hintergrund noch von einer Eichinvarianz per se“ (Eichinv. wird für massive Vektorbosonen über den Stuckelberg-Trick respektiert, der an einführt zusätzliche dofs). Es ergibt sich vielmehr aus der Annahme von nur zwei Polarisationen, der Lorentz-Symmetrie und der Lokalität.
@Slaviks, ja, ich habe nur einen periodischen Kristall als Beispiel für etwas verwendet, das nicht einmal eine kontinuierliche Translationssymmetrie aufweist. Luft und Flüssigkeiten haben kein Problem damit, Geräusche zu übertragen.

Phononen sind Goldstone-Bosonen einer spontan gebrochenen Raumzeitsymmetrie (siehe zB http://arxiv.org/abs/hep-ph/9609466 ). Typischerweise bricht man die Boosts und Übersetzungen von Galileo (oder Poincare), aber die resultierende Anzahl von Goldsteinen ist kleiner oder gleich der Anzahl der kaputten Generatoren (zB eine raumzeitabhängige Übersetzung ist nicht unabhängig von einem Boost). Phononen haben Spin-0 und werden, wie jedes Goldstone-Boson, stark an die Skala (z. B. Gitterskala) gekoppelt, wo die zugrunde liegenden mikroskopischen Freiheitsgrade angeregt werden können.

Masselose Spin-1-Bosonen werden stattdessen durch Eichinvarianz beschrieben, die eine Buchhaltungs-Symmetrie ist, die alle Wechselwirkungen auslöscht, die dem Photon entweder eine Masse verleihen oder die Grenze der Theorie senken würden, wodurch es bei ziemlich großen Entfernungen stark gekoppelt wird. Man kann versuchen, masselose Spin-1-Eichbosonen mit Goldstone-Bosonen zu verbinden, indem man Raumzeitsymmetrien mit einem Spin-1-Ordnungsparameter bricht. Dies sind sehr spekulative Ideen, die nur in Poincare' gebrochenen Raumzeiten eine winzige Chance haben, zu funktionieren.

Was ist der Unterschied zwischen einem Photon und einem Phonon?
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