Fônon

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Modos normais de progressão da vibração de diferentes frequências através de um cristal

Um fônon ou fonão, na física da matéria condensada, é uma quase-partícula que designa um quantum de vibração em um retículo cristalino rígido. O nome fônon deriva do grego phone (φονη), que significa som, voz.

O estudo dos fônons é importante na física do estado sólido por facilitar a compreensão de muitas propriedades dos sólidos, como por exemplo o calor específico, a condução térmica, a condutividade elétrica e a propagação do som.

Em uma descrição quântica os fônons equivalem a um tipo especial de movimento vibratório, conhecido como modos normais de vibração em mecânica clássica, em que cada parte de uma rede oscila com a mesma freqüência. Estes modos normais são importantes, devido a um resultado bem conhecido em mecânica clássica, qualquer vibração arbitrária de movimento de uma rede pode considerar-se como uma superposição de modos normais com diversas freqüências; neste sentido, os modos normais são as vibrações elementares de uma rede. Os fônons são bósons que possuem spin zero.

Os fônons ou fonões são partículas originadas quando a oscilação térmica das moléculas de uma onda acústica em um fluido se aproximam do zero absoluto, seu tom depende de vários fatores, como a cinética do fluido e sua geometria.

Há uma semelhança enorme com relação à propagação do som em um fluido em movimento e a da luz no espaço-tempo curvo. As ondas acústicas são caracterizadas por freqüência, comprimento de onda e velocidade de propagação, em escalas menores, ondas acústicas deixam de existir. A oscilação térmica aleatória das moléculas impede que as ondas sonoras se comportem de maneira contrária aos quanta de luz. Mas à medida que a temperatura se aproxima do zero absoluto, o som pode se comportar como partículas quânticas, chamada de "fônons".

Em um fluido em repouso ou em movimento uniforme, os fônons se comportam como os fótons no espaço-tempo plano, os fônons se propagam em linha reta e assim como os fótons, eles podem ser desviados. A velocidade dos fônons assim como seu comprimento de onda é alterado em um fluido que se move de maneira não-uniforme, isso também ocorre com os fótons em um espaço-tempo curvo.

[editar] Equivalente acústico de um buraco negro

Quando um fluido está em movimento pode atuar sobre o som como um buraco negro sobre a luz. Podemos criar um buraco negro acústico utilizando um Bocal de laval. O bocal faz com que o fluido atinja e exceda a velocidade do som no ponto mais estreito sem fazer uma mudança drástica nas propriedades do fluido. O bocal possui uma geometria acústica muito semelhante a do espaço- tempo de um buraco negro. Ele possui uma região supersônica que atua como o interior do buraco negro, assim como a luz é arrastada para centro de um buraco negro, as ondas sonoras que se propagam contra o fluxo são arrastadas por elas. Na região subsônica, assim como a luz pode ser desviada para o vermelho, as ondas sonoras que se propagam contra a corrente são esticadas. A fronteira entre as duas regiões se comporta exatamente como o horizonte de eventos de um buraco negro. Quando o fluido estiver suficientemente frio a analogia chega ao nível quântico. O horizonte de eventos sônicos emite fônons térmicos da mesma forma que a radiação hawking, esses fônons surgem quando há flutuações quânticas acerca do horizonte de eventos, então uma das partículas é tragada para a região supersônica, onde permanecerá, a sua companheira que permanece do outro lado do horizonte de eventos e se propaga contra a corrente, sendo assim ela é alongada pelo fluxo do fluido.