Воспоминания о Л. Д. Ландау (Зельдович, Гинзбург) - страница 234

На первую страницу

В основе теории Ландау лежит представление об элементарных возбуждениях пли «квазичастицах» как носителях тепловой энергии жидкости. Читателям «Природы» это понятие известно из ряда уже публиковавшихся в этом журнале статей[83]. Поэтому здесь будет достаточно лишь напомнить, что квазичастица — чисто квантовое понятие, с помощью которого в квантово-механической картине описывается коллективное движение атомов тела. Так, вместо классического представления о звуковых волнах в жидкости возникает представление о квазичастицах-фононах, т. е. «квантах звука» (подобно тому как классическая картина электромагнитных волн заменяется в квантовой теории картиной световых квантов — фотонов). Каждая квазичастица обладает определенной энергией ε и определенным импульсом р; о зависимости ε от р говорят как об энергетическом спектре тела. Это основная характеристика макроскопического тела в квантовой теории.

>Рис. 3. Энергетический спектр жидкого гелия
>По оси ординат отложена энергия ε кзазичастицы (измеренная в абсолютных градусах), а по оси абсцисс — величина р/ħ ее импульса (цифры на оси — значения величины р/ħ в обратных ангстремах). Начальный линейный участок — фононы, участок вблизи минимума кривой — ротоны. Точки на кривой — результаты измерений по рассеянию нейтронов

Именно Ландау впервые поставил вопрос об энергетическом спектре макроскопического тела в таком наиболее общем виде, и он же нашел характер спектра для квантовой жидкости того сорта, каким является жидкий гелий. Основные свойства этого спектра были указаны уже в работе 1941 г., а окончательный его вид установлен через несколько лет, в 1947 г.

На рис. 3 изображен знаменитый график энергетического спектра жидкого гелия. Его начальная, прямолинейная часть отвечает зависимости ε = up, где u — скорость звука; это — фононы. Квазичастицы, отвечающие участку кривой вблизи ее минимума, названы ротонами. Фундаментальное значение имеет факт существования на графике начального линейного участка, выходящего из начала координат под конечным углом. Именно это обстоятельство и приводит, как показал Ландау, к свойству сверхтекучести жидкости. Установление вида энергетического спектра жидкого гелия, исходя из одних только общих соображений и косвенных экспериментальных данных, — триумф научной интуиции и силы научного воображения.

В экспериментальном аспекте прямо© подтверждение предложенного Ландау спектра было дано в 1961—1964 гг. в опытах (проведенных в Швеции и США) по рассеянию нейтронов в жидком гелии. Эти опыты (описанные недавно в «Природе» М. И. Кагановым

Следующая страница