- QUASI-PARTICULES
- QUASI-PARTICULESQUASI-PARTICULESConcept utilisé en théorie des systèmes à particules en interaction, en vue d’une description approchée en termes de particules plus ou moins libres. Ainsi, dans certains cas, un système de particules en interaction à longue portée est équivalent à un système (gaz) de quasi-particules en interaction à courte portée ou éventuellement libres.La notion de quasi-particule apparaît parfois même en physique classique. C’est le cas de l’électron habillé dans un plasma (mélange de particules de charges contraires, électriquement neutre en moyenne) autour duquel l’interaction coulombienne (à longue portée) engendre une raréfaction de l’atmosphère électronique et une concentration accrue des ions positifs. Chaque électron s’entoure d’un nuage de charge compensatrice, l’ensemble «électron + nuage» formant une quasi-particule pratiquement neutre, donc sans interaction avec les autres quasi-particules (en fait, il reste une interaction à courte portée). De même, un électron dans un cristal ionique polarise son voisinage par déplacement des ions situés aux nœuds du réseau cristallin et s’entoure d’un «nuage» polarisé, l’ensemble constituant un polaron .Cependant, le concept de quasi-particule n’atteint toute sa généralité qu’en physique quantique. Les états stationnaires faiblement excités (proches de l’état fondamental) d’un système macroscopique peuvent être décrits, en ce qui concerne leurs différences d’avec l’état fondamental, comme un ensemble de quasi-particules (ou d’«excitations élémentaires») en interaction réduite, éventuellement nulle. L’état fondamental lui-même n’admet pas, en principe, une telle description, pas plus en général que les états fortement excités.La notion de quasi-particule a souvent un caractère abstrait, étant donné qu’elle est obtenue habituellement par une transformation mathématique des variables décrivant les particules proprement dites. Après transformation, l’énergie du système apparaît en première approximation sous la forme d’une somme de termes indépendants, correspondant chacun à plusieurs quasi-particules de même espèce (phonons de même fréquence), les termes de couplage ayant disparu ou étant relégués aux approximations supérieures, où ils donnent naissance aux «collisions» des quasi-particules (forme d’interaction à courte portée).Les quasi-particules quantiques sont de deux sortes. On distingue celles qui représentent seulement la variante quantique des quasi-particules existant en tant que telles même au niveau de la physique classique; elles ont un caractère corpusculaire («concentré») plus prononcé, et on peut définir leur masse (effective): l’électron habillé , le polaron , etc. Le deuxième type concerne les quasi-particules qui n’existent qu’au niveau quantique; elles ont un caractère corpusculaire moins marqué, («non concentré»), sans masse bien définie, et correspondent, en physique classique, à des ondes: les plasmons (correspondant aux ondes électrostatiques, longitudinales, dans un plasma), les (ferro )magnons (correspondant aux ondes de spin dans les substances ferromagnétiques), les phonons (correspondant aux ondes de vibration des réseaux cristallins), etc. La terminologie n’est pas d’ailleurs définitivement fixée et on réserve parfois le nom de quasi-particules à celles du premier type, le terme générique pour l’ensemble étant «excitation élémentaire». Par contre, il arrive également que l’on considère par extension les photons comme des quasi-particules.Les quasi-particules des deux types sont caractérisées par une énergie et par une «quasi-impulsion», la relation entre énergie et «quasi-impulsion» donnant la «loi de dispersion» de la quasi-particule. Dans le deuxième cas, cette relation correspond à la loi de dispersion classique entre la pulsion et le vecteur d’onde. Les relations de correspondance entre cas classique et cas quantique sont les mêmes que pour les particules stricto sensu .
Encyclopédie Universelle. 2012.
