Po raz pierwszy udało się zaobserwować cząstki, które tracą masę tylko podczas poruszania się w określonym kierunku - informuje ”Physical Review X”.
Teoretyczne rozważania już 16 lat wcześniej sugerowały, że istnieją dziwne cząstki, które mają stosunkowo dużą masę podczas poruszania się w jednym kierunku, ale nie mają masy poruszając się prostopadle do niego.
Jednak dopiero teraz zespół Yinminga Shao z Pennsylvania State University (USA) zaobserwował efekty świadczące o istnieniu takich cząstek – w topologicznym półmetalu wystawionym na ekstremalne warunki.
Chodzi o związek cyrkonu, krzemu i siarki (ZrSiS), będący błyszczącym półmetalem, który przewodzi prąd jak metal, ale zmienia swoje właściwości w ekstremalnych warunkach.
Półmetal został schłodzony do temperatury kilku stopni powyżej zera absolutnego i wystawiony na działanie pola magnetycznego ponad dziesięć milionów razy silniejszego niż ziemskie.
Tak silne pole magnetyczne sprawiło, że elektrony wewnątrz półmetalu poruszały się nie w jednym kierunku, ale kołowo. Niska temperatura sprzyjała przy tym powstawaniu efektów kwantowych - zachowywały się jak fale. W rezultacie pojawiły się tak zwane fermiony semi-Diraca (semi-Dirac fermions).
Aby wykazać ich obecność, naukowcy skorzystali z metody spektroskopii magnetooptycznej, oświetlając półmetal światłem podczerwonym i analizując sposób, w jaki się ono odbijało, zmieniając zarówno częstotliwość światła, jak i natężenie pola magnetycznego. Pozwoliło to zaobserwować charakterystyczne zjawisko - „odcisk palca” fermionu semi-Diraca.
Kiedy pole magnetyczne miało ten sam kierunek, co poruszające się cząstki, zachowywały się one jakby w ogóle nie miały masy. Natomiast kiedy pole magnetyczne było pod kątem prostym do trajektorii cząstek, miały masę.
Wcześniejsze, teoretyczne prace dotyczyły grafenu – materiału będącego jednoatomowej grubości siecią atomów węgla. Obliczenia dotyczące półmetalu o znacznie bardziej złożonej budowie wewnętrznej było dużo trudniejsze, ale zespołowi z PSU udało się tego dokonać.
Jak wyjaśniają eksperci, fermiony semi-Diraca są hybrydą zwykłych elektronów, które istnieją w dowolnym metalu, i bardziej niezwykłych cząstek, takich jak bezmasowe neutrina. Badania nad nimi mogą przynieść wiele niespodzianek.(PAP)
Paweł Wernicki
pmw/ bar/
Fundacja PAP zezwala na bezpłatny przedruk artykułów z Serwisu Nauka w Polsce pod warunkiem mailowego poinformowania nas raz w miesiącu o fakcie korzystania z serwisu oraz podania źródła artykułu. W portalach i serwisach internetowych prosimy o zamieszczenie podlinkowanego adresu: Źródło: naukawpolsce.pl, a w czasopismach adnotacji: Źródło: Serwis Nauka w Polsce - naukawpolsce.pl. Powyższe zezwolenie nie dotyczy: informacji z kategorii "Świat" oraz wszelkich fotografii i materiałów wideo.
