我们可以通过对比液体和气体来理解费米液体和费米气体。

首先想像一下理想气体的情形。对于理想气体而言,每个分子的运动是独立的,分子之间无相互作用。在碰到容器壁之前作匀速直线运动。而液体则不同,液体的分子之间存在一定的相互作用。

费米液体和费米气体的区别也在于此。只不过把研究对象从普通物质分子变成了费米子。一般而言,这里的费米子指的是电子。费米气体又称为自由电子气,指的是电子电子之间无相互作用或对于所研究的问题电子电子相互作用可以小到忽略。而费米液体则是电子电子相互作用对于所研究的问题不可忽略。

关于费米液体的理论最初主要是由前苏联物理学家朗道作出的,这个理论描述的就是在足够低的温度下,正常态金属中相互作用的费米子所遵从的规律。相关理论由朗道于1956年提出之后,又被后来的物理学家 Alexei Abrikosov和Isaak Khalatnikov用图解微扰理论进行了扩展。

这个理论成功解释了为什么在相互作用的费米子系统中,某些性质类似于费米气体系统,而某些性质和费米气体系统截然不同。

朗道费米液体理论可以应用于很多金属中的电子,解释了很多实验结果。还有一个最典型的例子就是He-3的费米液体理论。液态He-3在成为超流体之间的相可以看成是费米液体。He-3是氦的同位素,由两个质子,一个中子和两个电子构成。由于He-3的原子核中有奇数个核子,因此He-3原子可以看做是一个费米子;而在正常态金属中的电子也是费米子,因此也可以用朗道费米液体理论来描述。


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