关于声子的其他意义，请见「**声子 (消歧义)**」。
**聲子**（）是晶體中晶體結構集體激發的準粒子，化學勢為零，服從玻色-愛因斯坦統計，是一種玻色子。聲子本身並不具有物理動量，但是攜帶有準動量\hbar \mathbf{q}，並具有能量\hbar \omega（其中\hbar 為約化普朗克常數）。根據南部-戈德斯通定理，任何連續性整體對稱性的自發破缺，必然對應一個零質量的玻色子。聲子就是平移對稱性被晶格的點陣結構自發破缺以後對應的玻色子。聲子與電子的相互作用，是導致BCS超導的關鍵機制。

动力学
---

晶格中原子的集体振盪形成格波。每个原子在平衡位置附近运动，对原子间交互作用位能进行多元函数泰勒展开，保留到二阶，忽略高阶项。零阶项贡献一个常数，为原子处于平衡位置的位能；因为原子处于平衡位置，一阶项正比于其在平衡位置所受的力，故为零；二阶项则给出类似于简谐振动的位能形式。晶体中所有原子的这种运动，就好像是一组耦合的谐振子。选择合适的简正坐标，使得各个自由度解耦，得到一组不相互耦合的谐振子的运动方程。每一对简正坐标（广义坐标和广义动量）描述原子的一种集体振荡的模式。

对上述的谐振子的运动量子化，则每一种振盪模式对应带有一定准动量和能量激发，声子就是就是量子化后的准粒子，携带相应的准动量和能量。对于谐振子的量子化，我们知道同种模式所携带的声子能量相等，每一种模式可以容纳任意多的声子，所以它符合玻色统计。

进一步，若对交互作用位展开到更高阶，选取同样的简正坐标，则此时原来简正坐标所表述的各个模式不再是自由的，他们通过高阶项相互耦合。如果假设高阶项的贡献不大（对于很多情况是很好的近似），则可用微扰的方法来处理。采用原来的规则量子化，新的项可用原来简正模式量子化的产生湮灭算符来表示，这些项代表了声子之间的交互作用，声子作为准粒子的寿命因为交互作用也会改变。

此外金属中，外层自由电子在晶体中（原子核排列成晶格形成的周期位）运动，原子核的集体振盪运动则对应声子的模式。原子核和外层电子之间存在屏蔽库伦位的交互作用。无交互作用的自由电子处于布洛赫波的量子态。将原子核与电子的交互作用项看成微扰，用类似的方法量子化，则可得到电子-声子耦合。电子-声子耦合对于晶体性质有重要影响。比如一维原子链由于电声耦合可以发生派尔斯（Peierls）转变，由金属变成绝缘体；电子-声子散射也是固体电阻的来源之一；BCS理论中，一对动量相反自旋单态的电子，通过交换虚声子，产生有效的吸引作用，形成库伯（Cooper）对，库伯对服从玻色统计，形成玻色–爱因斯坦凝聚，是传统超导形成的微观机制（需要注意库伯对的形成是非微扰的）。

热力学
---

晶体中原子的集体振荡模式量子化对应声子，其满足玻色–爱因斯坦统计。晶体的热力学性质和其声子有密切关系。

绝对零度时，完美晶体中所有原子都处于平衡位置（有零点能），晶体处于基态，体系中不存在声子。非零温下，晶体的振荡模式被激发，即产生了声子。因此声子对于固体比热有贡献。高温时，固体比热满足杜龙-伯蒂（Dulong-Petit）定律，摩尔比热应为3R，但事实上，实验结果表明，很多材料如金刚石等有明显的偏离。1907年，爱因斯坦考虑单模声子气的比热，给出了低温极限下声子的比热。后来德拜（Debye）改进了爱因斯坦的理论，考虑了线性色散的（声学支）声子的热力学统计；德拜还假定了声子有一个截断频率，所有声子能量小于这个频率的模式个数为3N，N为原子个数，3为每个原子有3个自由度，这个频率现在称为德拜频率，通常也用温度来表示，也称德拜温度。他们的结果与实验符合的很好，低温下声子的比热满足T^3的规律（电子的比热和温度成线性关系）。

光学声子支与声学声子支
-----------

若在晶体的集体激发中，晶体的结构基元只是作整体平移振动，结构基元内部各原子的相对位置关系不变，则对应的声子称为声学声子，否则称为光学声子。

声学支描述原子质心的运动；在离子晶体中，光学支描述元胞内正负离子的反方向运动。

对于元胞含有N个原子的情形，每个原子的自由度为3， 总自由度为3N，而基元整体平移的自由度为3，因此共有3N个声子，其中包括3个声学声子和3N-3个光学声子。

參考書目
----

* 关于固体物理及声子
	+ Neil W. Ashcroft, N. David Mermin， Solid State Physics，Saunders College, 1976， ISBN 9780030493461
* 關於准粒子，請參閱以下書籍
	+ 《超流體》/ (美)沈星揚著 (1982). - 北京: 科學出版社
	+ Many-particle Physics (Physics of Solids and Liquids), 3rd edition by Gerald D. Mahan; Plenum, 1993, ISBN 0306434237

參閱
--

* 晶體
* 格波

|  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| 

| * 
* 论
* 编
固体物理学 |
| --- |
|  |
| 晶体结构 | 
* 晶体
* 晶系（单斜
* 三斜
* 正交
* 三方
* 四方
* 六方
* 立方）
* 倒晶格
* 布拉格定律

 |
|  |
| 晶体结合 | 
* 共价键
* 兰纳-琼斯势
* 离子键
* 馬德隆常數
* 

 |
|  |
| 热学性质 | 
* 格波
* 声子
* 爱因斯坦模型
* 德拜模型
* 胡克定律
* 形變
* 應力

 |
|  |
| 晶体缺陷 | 
* 弗仑克尔缺陷
* 肖特基缺陷
* 位错

 |
|  |
| 能带理论 | 
* 布洛赫波
* 近自由电子近似
* 紧束缚近似
* 半导体
* 絕緣體

 |

 |

|  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| 

| * 
* 论
* 编
粒子物理學 |
| --- |
|  |
| 基本粒子 | 

|  |  |  |  |  |  |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| 费米子 | 

|  |  |
| --- | --- |
| **夸克** | 
* u
* u
* d
* d
* c
* c
* s
* s
* t
* t
* b
* b

 |

|  |  |
| --- | --- |
| **輕子** | 
* e-
* e+
* μ-
* μ+
* τ-
* τ+
* νe
* ve
* νμ
* vμ
* ντ
* vτ

 |

 |
|  |
| 玻色子 | 

|  |  |
| --- | --- |
| **标量玻色子** | 
* H

 |

|  |  |
| --- | --- |
| **规范玻色子** | 
* γ
* g
* W±
* Z0

 |

 |

 |
|  |
| 复合粒子 | 

|  |  |  |  |  |  |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| 强子 | 

|  |  |
| --- | --- |
| **重子** | 
* Δ
* 核子
	+ p
	+ p
	+ n
	+ n
* 超子
	+ Λ
	+ Σ
	+ Ξ
	+ Ω

 |

|  |  |
| --- | --- |
| **介子** | 
* π
* K
* ρ
* J/ψ
* ϒ
* D
* B
* 未发现介子
	+ θ
	+ T
* 夸克偶素

 |

 |
|  |
| 其它 | 
* **原子核**
* **原子**
* **超原子**
* **奇異原子**
	+ 电子偶素
	+ 緲子偶素
	+ 真緲子偶素
	+ 介子偶素（英语：）
	+ 介子原子
	+ 超子原子
	+ 反氫
	+ 介子核
	+ 超核
	+ 重味超核
* **分子**
* 离子

 |

 |
|  |
| 假想的基本粒子 | 

|  |  |  |  |  |  |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| 超對稱粒子 | 

|  |  |
| --- | --- |
| **超規範子** | 
* 超膠子
* 超引力子
* 超光子
* 超荷子
* 超中性子

 |

|  |  |
| --- | --- |
| **其他** | 
* 超希格斯粒子
* 超費米子
* 超軸子
* 超胀子

 |

 |
|  |
| 其它 | 
* 任意子
* 胀子
* 加速子
* 快子
* A0
* G
* m
* X
* Y
* W'（英语：）
* Z'（英语：）
* 普朗克粒子
* 马约拉纳粒子
* 鬼
* 斯格明子
* 惰性中微子
* 大质量弱相互作用粒子（WIMP）

 |

 |
|  |
| 假想的复合粒子 | 

|  |  |  |  |  |  |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| 奇異強子 | 

|  |  |
| --- | --- |
| **奇異重子** | 
* 五夸克態
* 七夸克态
* R-重子

 |

|  |  |
| --- | --- |
| **奇異介子** | 
* 四夸克态
* 六夸克态（雙重子態）
* 膠球
* 混杂态

 |

 |
|  |
| 其它 | 
* 介子分子（英语：）
* 坡密子（英语：）
* 奇数子（英语：）
* 双夸克（英语：）

 |

 |
|  |
| 準粒子 | 
* 達維多夫孤子（英语：）
* 量子滴（英语：）
* 激子
* 空穴
* 磁振子
* 聲子
* 磁单极子
* 電漿子
* 電磁極化子
* 極子
* 旋子（英语：）

 |
|  |
| 列表 | 
* 粒子列表
* 奇异原子列表
* 准粒子列表
* 介子列表
* 重子列表
* 粒子发现年表

 |
|  |
| 主题 **物理学主题** |

 |

|  |  |  |
| --- | --- | --- |
| 

|  |  |
| --- | --- |
| 规范控制 編輯維基數據鏈接 | 
* GND: 4129373-3
* J9U: 987007543518005171
* LCCN: sh85101066
* NDL: 00568885

 |

 |