Landau phonon-roton theory revisited for superfluid helium 4 and Fermi gases
Le couplage de Landau phonon-roton revisité pour l'hélium 4 liquide et étendu aux gaz de fermions superfluides
Résumé
Liquid helium and spin-1/2 cold-atom Fermi gases both exhibit in their superfluid phase two distinct types of excitations, gapless phonons and gapped rotons or fermionic pair-breaking excitations. In the long wavelength limit, revising and extending Landau and Khalatnikov's theory initially developed for helium [ZhETF 19, 637 (1949)], we obtain universal expressions for three- and four-body couplings among these two types of excitations. We calculate the corresponding phonon damping rates at low temperature and compare them to those of a pure phononic origin in high-pressure liquid helium and in strongly interacting Fermi gases, paving the way to experimental observations.
Aussi bien dans l'hélium liquide que dans les gaz d'atomes froids fermioniques de spin 1/2, il existe dans la phase superfluide deux types distincts d'excitations, les phonons d'une part, les rotons ou les excitations fermioniques par brisure de paire, qui présentent une bande d'énergie interdite, d'autre part. Dans la limite des grandes longueurs d'onde, en reprenant, corrigeant et généralisant la théorie de Landau et Khalatnikov initialement développée pour l'hélium [ZhETF 19, 637 (1949)], nous obtenons des expressions universelles de couplages à trois et quatre corps entre ces deux types d'excitations. Nous en déduisons les taux d'amortissement correspondants des phonons à basse température et les comparons à ceux d'origine purement phononique dans l'hélium liquide à haute pression et dans les gaz de fermions en interaction forte, pour ouvrir la voie à une observation expérimentale.
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