Fis. - In fisica della materia condensata, eccitazione elementare di un sistema
le cui proprietà sono modificate dall'interazione con il mezzo e la cui
vita media τ sia abbastanza lunga affinché sia ben definita
l'energia associata,
(τ>>ħ/
). Come esempio, si
considerino le piccole oscillazioni reticolari in un cristallo: con opportune
ipotesi, è possibile dimostrare che il sistema è equivalente a un
insieme di oscillatori armonici disaccoppiati, ciascuno in vibrazione con una
frequenza caratteristica. Le eccitazioni dei singoli oscillatori equivalenti
costituiscono le eccitazioni elementari del sistema; le
q., quindi,
possono essere sia modi normali di oscillazione del mezzo, sia particelle vere e
proprie, considerate unitamente alle interazioni con le particelle che
costituiscono il mezzo. Così, le vibrazioni elastiche di un mezzo danno
origine al
fonone e le onde di spin originano il
magnone;
dall'elettrone, tenendo conto degli effetti di polarizzazione in un reticolo, si
ha il
polarone e, analogamente, dal fotone si ha il
polaritone. Il
concetto di
q. ha notevoli applicazioni nello studio degli stati eccitati
a bassa energia di un sistema quantistico a molti corpi. In diversi casi,
infatti, si può sostituire al sistema reale un sistema ideale, i cui
costituenti elementari siano pensati non interagenti: le energie dello stato
fondamentale, quindi, si ottengono distribuendo i costituenti elementari negli
stati di singola particella. Nel sistema fisico reale, invece, le interazioni
modificano il moto dei singoli componenti, rendendoli correlati: l'ipotesi
fondamentale del modello di
q. sta nell'assumere che l'energia totale di
uno stato debolmente eccitato del sistema si possa ottenere sommando all'energia
dello stato fondamentale i contributi dei singoli stati di singola
q. e
ammettendo che il principale effetto della interazione sia la modifica della
legge di dispersione (legge dipendente dallo spin della particella, che ne
fornisce l'energia in funzione della quantità di moto). In altri termini,
l'ipotesi fondamentale del modello a
q. consiste nella possibilità
di fornire una diagonalizzazione parziale dell'energia del sistema; tale
diagonalizzazione può essere ottenuta con tecniche diverse a seconda dei
sistemi. Ad esempio, in un solido la forma quadratica dell'energia potenziale
nelle piccole oscillazioni è resa diagonale tramite una trasformazione di
coordinate, da cui si hanno i fononi; il polarone, invece, si ottiene mediante
una trasformazione che riveste l'elettrone dell'interazione con la
polarizzazione del reticolo. Il modello a
q., in definitiva, consente di
derivare una termodinamica dei sistemi reali a molti corpi a basse temperature,
riducendoli a sistemi trattabili esattamente; fornisce, inoltre, uno schema
concettuale per la ricerca di modelli nella fisica della materia condensata e
per l'interpretazione dei dati sperimentali ad essi associati.