Year: 2026
Type: article
Abstract: Nous considérons l’évolution collisionnelle vers l’équilibre du gaz de phonons spatialement homogène et isotrope d’un superfluide tridimensionnel à branche d’excitation acoustique concave, à une température T non nulle mais arbitrairement basse. Les collisions à trois phonons 1 ϕ ↔ 2 ϕ sont interdites par la conservation de l’énergie-impulsion. Les collisions à quatre phonons 2 ϕ → 2 ϕ de Landau et Khalatnikov ne conduisent, au bout d’un temps ∝ T –7 , qu’à un équilibre thermique partiel, une loi de Bose de potentiel chimique non nul pour les phonons, car elles en conservent le nombre total. La relaxation vers l’équilibre thermochimique complet est donc assurée par les collisions beaucoup plus lentes à cinq phonons 2 ϕ ↔ 3 ϕ de Khalatnikov, en un temps ∝ T –9 . Au moyen d’équations cinétiques sur les nombres d’occupation des modes de phonons et après calcul explicite par l’hydrodynamique quantique de l’amplitude de collision 2 ϕ → 3 ϕ à basse température, nous déterminons l’évolution correspondante de la fugacité z ϕ du gaz de phonons depuis le régime non dégénéré z ϕ = 0 + jusqu’à l’équilibre complet z ϕ = 1 – . En utilisant la conservation de l’énergie totale, nous trouvons que la fugacité varie avec une loi de puissance non entière ∝ t 4/5 aux temps courts et une loi exponentielle aux temps longs ; la vitesse de variation de l’entropie, toujours positive, est asymptotiquement proportionnelle au carré de la vitesse de variation de la fugacité, (d/d t ) S ϕ ∝ [(d/d t ) z ϕ ] 2 , comme l’avait prédit Landau pour une transformation adiabatique arbitrairement lente. Nos résultats portent à son terme l’étude commencée par Khalatnikov en 1950 et pourraient être vérifiés expérimentalement dans un gaz d’atomes froids fermioniques de spin 1/2 dans le secteur du raccordement CBE-BCS où la branche acoustique est de départ concave, ou dans l’hélium 4 liquide superfluide à suffisamment haute pression.
Source: Comptes Rendus Physique
DOI: 10.5802/crphys.292
Authors: Yvan Castin, Mariia Tsimokha
Language: English
Subfield: Atomic and Molecular Physics, and Optics
Field: Physics and Astronomy
Domain: Physical Sciences
Open Access status: diamond
OpenAlex ID: W7155582171