Partikula kargatuen eta solidoen arteko elkarrekintzak

Urtetan zehar Fisikaren helburuetariko bat materiaren egitura eta materia osatzen duten partikulen bakarkako jokabidea zein jokabide kolektiboa aztertzea izan da. Materiaren propietateen berri eman dezakeen informazio-iturri garrantzitsuenetarikoa materia era ezberdineko partikula kargatu higikorrekin interakzionaraztea izan da, eta era honetako saiakuntzak interpretatu ahal izatearen beharrizanak, materiaren eta berarekin interakzionatzen ari diren partikula kargatuen arteko elkarrekintzak aztertzea nahitaezko egin du; izan ere, era honetako ikerkuntza teoriko zein esperimentalek mende honetako Fisikaren garapenean zeregin handia izan dute, fisikaririk ospetsu eta argienetariko batzuen gidaritzapean.

Horrelatan, bada, Rutherford-ek 1911. urtean alpha partikulak erabili zituen, atomoaren egituraren berri jasotzeko asmoz, eta Bohr-ek 1913. urtean lan aitzindaria plazaratu zuen, alpha partikulek materia zeharkatzean jasaten duten balaztatze-indarra kalkulatuz. Hurrengo hamarkadan, Mekanika Kuantikoa garatu bezain laster, materiaren eta partikula kargatuen arteko elkarrekintzaren azterketa mekaniko-kuantikoak hasiak ziren jadanik.

Garai hartako lan teorikoak burutu zirenez gero lan ugari eman da argitara, materiaren eta ioien arteko elkarrekintzen azterketa teoriko zein esperimentalak burutuz. Halaber, materiaren egituraren berri jasotzeko asmoz elektroiak ere erabili izan dira, Mekanika Kuantikoak aurresandako materiaren uhin-partikula bikoiztasunean oinarrituriko mikroskopio elektronikoa, eremu-emisiozko mikroskopioa zein tunel mikroskopioa diseinatu zirenez gero, bereziki.

Materia osatzen duten elektroien eta kanpo-partikula kargatuen arteko elkarrekintza aztertzeko, urtetan zehar bi hurbilketa nagusi egin izan dira. Alde batetik, teoria linealak erabili dira, kanpo-partikulak materia osatzen duen elektroi-gasean sorterazten duen perturbazioa txikia dela emanik. Bestetik, solidoaren gel eredua erabili da, nukleoek sortarazitako potentzial periodikoaren ordez solidoaren elektroien batez besteko karga negatiboa ezereztatu egiten duen karga positiboko hondo uniformea kontsideratuz.

Teoria linealez baliaturik, higitzen ari diren kanpo-partikulek elektroi-gasa kitzikatuz galdu egiten duten energia partikularen kargaren bigarren berredurarekiko proportzionala dela aurkitu zen. Alabaina, Barkas-ek 1963. urtean pioi positibo eta negatiboek materia zeharkatzean galtzen dituzten energiak ezberdinak direla frogatu zuen esperimentalki, energi galera, beraz, proiektilaren kargaren karratuarekiko proportzionala ez dela frogatuz. Izan ere, 1989. urtean antiprotoien energi galerak neurtu ziren, lehenengo aldiz, protoien eta antiprotoien energi galerak konparatuz proiektilaren kargaren kuboarekiko proportzionala den energi galeraren ekarpenaren berri esperimentala eman ahal izan zutelarik.

Gure taldean ekarpen ez-lineal honen jatorriaren azterketa teorikoa burutu dugu, eremuen teoria kuantikoaz baliaturik. Lindhard-ek 1954. urtean elektroien kitzikapenen berri ematen duen funtzio dielektriko mekaniko-kuantikoa plazaratu zuen, teoria linealez baliaturik, eta guk elektroien erantzun dinamiko kuadratikoaren berri ematen duten adierazpenak lortu ditugu, ordena handiko perturbazioen garapenak eginez. Protoien eta antiprotoien energi galeren arteko ezberdintasuna elektroi-gasaren erantzun kuadratikoan datzala erakutsi dugu, esperimentuek aurresandakoarekin bat datozen emaitzak lortu ditugularik. Halaber, elektroi-gasaren erantzun kuadratikoaren azterketaz baliaturik, partikula kargatuen eta solidoen arteko elkarrekintzaren ondorioz beha daitezkeen zenbait fenomeno fisikoren ez-linealtasunak ikertu ahal izan ditugu, hauetariko batzuk honako hauek izanik: Partikula kargatuek materia zeharkatzean elektroi-gasaren baitan sortarazten duten elektroi-dentsitate induzituaren lorratza, elektroi-hutsune eta plasmoi bikoitzen kitzikapena, eta solidoen gainazalean barrena higitzen ari diren partikula kargatuek jasaten duten irudi-potentziala, besteak beste.

Bestalde, azken urte hauetan solidoaren gel ereduaren baitan azalezinak diren zenbait fenomeno fisiko aztertu dira esperimentalki, hala nola solidoetan kanalizaturiko ioi azkarren energi galerak eta solidoetako elektroi kitzikatuen bizi-denborak. Gure taldean era honetako esperimentuen emaitzak aztertzen ari gara, nukleoen potentzial periodikoak sortarazitako banda elektronikoen egitura xehetasun handiz barnehartuz. Honetarako, 'ab initio' izenaz bataiatuak izan ohi diren teknikak erabiltzen ditugu, denborarekiko menpekotasuna duen dentsitatearen funtzionalaren teorian oinarrituz.