Quasi-particule non concentrée, sans analogue classique corpusculaire, sans masse effective bien définie, utilisée en théorie quantique des plasmas pour décrire les états faiblement excités correspondant à des mouvements classiques collectifs (ondes électrostatiques ou oscillations du plasma).
En fait, en théorie classique, un plasma permet la propagation de plusieurs types d'ondes, suivant l'existence ou l'absence d'un champ magnétique appliqué constant. Si le champ est nul, il n'y a que des ondes électromagnétiques transversales usuelles et des ondes électrostatiques longitudinales ; dans le cas contraire, il existe en outre les ondes caractéristiques de la magnétohydrodynamique (ondes héliconiques, ondes d'Alfvén). Les ondes électrostatiques longitudinales sont dues à l'interaction coulombienne qui, étant de longue portée, engendre des oscillations collectives au-dessus d'une certaine fréquence critique (fréquence de coupure ou fréquence du plasma). Leur apparition correspond à la possibilité de la division du développement de Fourier du potentiel coulombien en des termes à courte portée et des termes à longue portée. Tandis que les premiers peuvent être remplacés par un potentiel à décroissance rapide (exponentielle), interprété comme le potentiel d'un « électron habillé » (effet d'écran), les seconds assurent l'entretien d'oscillations collectives.
En physique quantique, par suite de la quantification des oscillations collectives, l'énergie et l'impulsion d'une onde électrostatique sont des multiples entiers de l'énergie et de l'impulsion élémentaires. L'onde transporte n (entier) « plasmons », quasi-particules non concentrées, d'énergie w et de « quasi-impulsion » p, obéissant à la statistique de Bose-Einstein. Les plasmons sont associés aux oscillations collectives longitudinales de la distribution de charges de la même façon que les phonons sont associés aux oscillations collectives (longitudinales et transversales) des atomes et du réseau cristallin d'un corps condensé. Pour les fréquences inférieures à la fréquence critique, les plasmons disparaissent (« atténuation de Landau » des oscillations collectives, par transfert de l'énergie des plasmons aux excitations élémentaires corpusculaires).
Dans les métaux il n'y a pas de formation spontanée de plasmons (par excitation thermique), puisque la fréquence critique correspond à un seuil d'excitation d'environ 10 eV trop élevé. On les crée artificiellement par irradiation du solide par un faisceau de particules de grande énergie (électrons, par exemple).
Viorel SERGIESCO
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