声音通过固体的奇怪行为

产生两个声波（1和2），散射成另外两个声波（3和4），然后被检测到。此过程的概率由 4 点散射振幅描述。图片来源：安杰洛·埃斯波西托

并非一切都需要被看到才能被相信;某些事情更容易听到，比如火车接近它的车站。在最近发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上的一篇论文中，研究人员根据他们对固体物质声波的研究，发现了散射振幅的新特性。

无论是光还是声音，物理学家都会根据概率曲线或散射振幅来考虑粒子相互作用的可能性（是的，声音可以表现得像粒子）。通常传说，当其中一个散射粒子的动量或能量归零时，散射振幅应始终以动量的整数幂（即p1，p2，p3等）。然而，研究小组发现，振幅可以与分数幂成正比（即p1/2，p1/3，p1/4等）。

为什么这很重要？虽然量子场论，如标准模型，允许研究人员以极高的精度对粒子相互作用进行预测，但仍然可以改进当前基础物理学的基础。当一种新的行为被证明时——比如分数幂缩放——科学家就有机会重新审视或修改现有的理论。

这项工作由安杰洛·埃斯波西托（高等研究院），托马斯·布劳纳（斯塔万格大学）和里卡多·彭科（卡内基梅隆大学）进行，专门考虑了固体中声波的相互作用。为了可视化这个概念，想象一块木头，两端都放置了扬声器。扬声器通电后，两个声波（声子）会相互相遇并散射，类似于粒子加速器中的碰撞。当一个扬声器调整到一定极限时，使得声子的动量为零，由此产生的振幅可以与分数功率成正比。该团队解释说，这种缩放行为不太可能局限于固体中的声子，它的识别可能有助于研究从粒子物理学到宇宙学等许多不同背景下的散射振幅。

“散射振幅的详细性质最近得到了很大的研究，”Esposito说。“这个广泛计划的目标是对散射振幅的可能行为模式进行分类，使我们的一些计算更有效率，更雄心勃勃，为量子场论建立新的基础。

费曼图长期以来一直是粒子物理学家不可或缺的工具，但它们也有一定的局限性。例如，高精度计算可能需要将数以万计的费曼图输入计算机，以描述粒子相互作用。通过更好地了解散射振幅，研究人员可能能够更容易地确定粒子行为，而不是依靠费曼图的自上而下的方法，从而提高计算效率。

“目前的工作揭示了故事中的一个转折，表明凝聚态物理学显示出比以前在基础相对论物理学中看到的更丰富的散射振幅现象学，”Esposito补充道。“分数幂缩放的发现引发了对物质集体振荡的散射振幅的进一步研究，将固体置于焦点。

更多信息：Tomáš Brauner等，散射振幅的分数软极限，物理评论快报（2022）。DOI： 10.1103/物理回复链接 128.231601

期刊信息：物理评论快报