Nem tudok válaszolni a felvetett kérdésre, mert hiányzik a hátterem a fononokról szóló cikk megértéséhez. Ezért csak annyit próbálok megtenni, hogy a cikkből szó szerint idézem azokat a részeket, amelyekről úgy sejtem, hogy éppen az Általad felvetett kérdésre válaszolnak. (Kiemelések általam.)
Szóval miért is készítettek ilyen bonyolult berendezést? Miért nem elég bármilyen hangsebességgel mozgó közegben a ,,szembe-szélnek haladó'' hangok taulmányozása? Minek kell ehhez ilyen alacsony energia, ilyen különleges, drága közeg (Bose Einstein kondenzátum)? Azt remélem, hogy jó részeket idézek, és ezek választ adnak erre a kérdésre.
,,Láttuk, hogy az üres teret fotonok és más erőterek kvantumai népesítik be. Az anyaggal kitöltött térben új erők lépnek fel: a nyomás és a tenzió. Hatásuk hullámok révén terjedhet, ezek az általánosan ismert hanghullámok. A kvantumtörvények a hangokra is érvényesek. A hangfrekvencia azonban sokkal kisebb a fény frekvenciájánál, éppen ezért a hangkvantumot sokkal nehezebb ,,észrevenni''. A hang kvantált természetét csak akkor vehetjük észre, amikor az anyag egész energiakészlete rendkívül kicsiny, vagyis: igen alacsony hőmérsékleten. A hanghullám, is, a fényhullámhoz hasonlóan, a részecskeáram tulajdonságaival bír. Ezeket a hangrészecskéket nevezzük fononoknak'' (Frank-Kamenyenckij 1966: 136)
,,A kristályban levő hőmozgást tekinthetjük makroszkopikusan is, vagyis együttesen, de tekinthetjük mikroszkopikusan is, vagyis részleteiben. Mikroszkopikusan tekintve, ez a kristályrács atomjainak kollektív rezgése, az atomok tánca. Makroszkopikusan nézze viszont ugyanez a hőmozgás az álló hanghullámok együttese. A teljes szabatosság kedvéért jegyezzük meg, hogy a makroszkopikus leírás csupán kellően hosszú hullámokra érvényes, az annyira hosszú hullámokra, amelyek terjedését nem befolyásolja az anyag atomszerkezete. Másként kifejezve a hullámhossznak hatalmasnak kell lennie, nem csupán az atom méreteihez képest, hanem a szomszédos atomok közötti távolsághoz képest is.'' (Frank-Kamenyenckij 1966: 138)
,,Emlékezzük rá, hogy a hanghullámnak is vannak részecskeáram tulajdonságai. Az álló hanghullámok úgy viselkednek a szilárd testben, mint egy olyan gáz, amely hangkvantumokból, fononokból áll. Sok tekintetben hasonlít ez a vákuumban lévő fotongázra. Az alapvető különbség az, hogy amíg a fénykvantum frekvenciája (tehát energiája is) korlátlan, ugyanakkor a hangkvantumoknak van egy legnagyobb határfrekvenciája és -energiája. Meglepő, hogy a fononok segítségével mennyire könnyen és egyszerűen megmagyarázható a szilárd testek számos tulajdonsága. Igen alacsony hőmérsékleten a kristályok fajhője a hőmérséklet köbével arányosan csökken. Ez ugyanaz a törvény, amelynek a vákuum (a fotongáz) fajhője is engedelmeskedik. A fotongázra azonban ez minden hőmérsékleten, a fonongázra azonban csak igen alacsony hőmérsékleten érvényes. Az ok: a fononok határenergiája. A hőmozgás energiája annyival nagyobb lesz e határenergiánál, hogy a hang kvantált jellege többé már nem érvényesül. A szilárd test fajhője ezután már nem függ a hőmérséklettől.
A hőenergia a szilárd testben a fonongáz energiája. Elfelejthetjük azt, hogy a test molekulákból és atomokból áll, és feltételezhetjük, hogy fononokból épül fel --- a test termikus tulajdonságai ettől nem változnak. Elméleti elemzésünk viszont nagyon is leegyszerűsödött. Hiszen a kristály minden molekulája és atomja összetett kölcsönhatások révén kapcsolódik egymáshoz. Mozgásuk: ez a sokféle kollektív tánc, amelyet szavakkal is nehéz leírni, nemhogy képletekkel. A fononok csak igen gyenge kölcsönhatásba lépnek egymással. A fonongáz alacsony hőmérsékleten, jó pontossággal, ideális gáznak tekinthető. Márpedig minden elméleti fizikus igazi álma --- az ideális gáz, vagyis egy olyan sok részecskéből álló rendszer, amely a véletlen törvényszerűségei szerint halad, és csupán ütközések során lép kölcsönhatásba.'' (Frank-Kamenyenckij 1966: 138-139)
______________
Frank-Kamenyenckij, D. A. (1966) ,,Részecskék és kísérteteik'', in: A világegyetem kulcsa, pp. 133-145. Budapest: Kossuth.