Los fonones son un resumen matemáticamente construido que se utiliza para caracterizar los patrones de perturbación de la densidad de masa dentro de un medio físico, incluida la sustancia cristalina. La teoría general es que se comportan como bosones que no interactúan dentro de la mayor parte del material, sino que están acoplados en superficies “libres” (tensión “libre”) en todos los ángulos de incidencia, excepto en ciertos. La derivación teórica de los fonones postula que su campo de desplazamiento puede derivarse como la suma de campos que son expresables como el gradiente de un potencial escalar y los campos que son expresables como la curvatura de un potencial vectorial. Las últimas tienen la forma de ondas transversales y las primeras son ondas longitudinales, a veces llamadas ondas “dilitational”. Entonces … tu premisa no es del todo correcta. Los fonones pueden, en general, ser transversales o longitudinales.
Sin embargo, en el caso de los medios gaseosos o fluidos, los fonones son inherentemente mucho más simples porque los fluidos y gases carecen de la capacidad de soportar el “corte” y esto elimina la existencia de fonones transversales en esos medea y solo los fonones de dilución (es decir, longitudinales) sobreviven.
Estoy dejando de lado muchos detalles interesantes, pero lo que he explicado es suficiente para mostrar que su pregunta implica una suposición incorrecta en general que, sin embargo, es correcta para el “sonido” en los medios de gas y fluidos.
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Los fonones son bastante más complejos de lo que parecen ser. Esto se complica aún más, a menudo de manera importante, cuando el “tamaño” de los límites del medio que los contiene es tan pequeño en relación con la longitud de onda dominante de los fonones que las condiciones de contorno se vuelven importantes. Por ejemplo, un haz vibratorio cuyas vibraciones tienen longitudes de onda en la misma escala que todo el haz son matemáticamente difíciles de describir con precisión en cualquier cosa que no sea el modo de energía más bajo.
Finalmente, por el contrario, los fotones se propagan perturbaciones en el campo del tensor electromagnético. La naturaleza del tensor involucrado es tal que cualquier variación de tiempo (en lo que se manifiesta como) un campo eléctrico está acoplado a una manifestación de lo que percibimos como un campo magnético, y viceversa. En la representación tensorial completa, todo esto se combina. No puede generar este acoplamiento a partir del gradiente de un potencial escalar y, por lo tanto, todas las “ondas” son transversales. Además, los fotones son un verdadero fenómeno cuántico en el sentido de que su energía está sujeta a la constante de Planck como el coeficiente que, cuando se multiplica por su frecuencia, determina la energía de los fotones individuales.
Los fonones no son cuantificables en términos de la constante de Planck, pero sin embargo pueden cuantificarse por condiciones de contorno, incluidas las “condiciones de límite periódicas”, que permiten crear un espectro de fonones a granel.
Una última cosa que aborda parte de su pregunta como se le preguntó: el término “longitudinal” se refiere al hecho de que el gradiente de densidad de masa apunta en la misma dirección que la propagación de la perturbación. Como se señaló anteriormente, este es el único tipo de campo de desplazamiento que sobrevive en medios que no admiten “corte”, que corresponde a una fuerza de restauración “transversal” a la dirección de propagación.
Muchos términos aquí … ¡pero se pueden buscar!
