Искали 16 лет: физики впервые обнаружили частицу, которая имеет массу только в одном случае

Как показало новое исследование, полудираковский фермион, квазичастица, ведущая себя как единое целое, все-таки существует. В 2008 году физики впервые предположили возможность ее существования и новый эксперимент доказал эту теорию. Оказалось, что эта квазичастица имеет массу, только, когда двигается в одном направлении и не имеет массы при движении в другом.

Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review X, пишет ScienceAlert.

В то время как обычные квазичастицы имеют одну и ту же массу независимо от направления их движения, полудираковский фермион, как показало исследование, противоречит этим правилам. Впервые существование этой частицы физики предсказали в 2008 году и с тех пор пытались ее обнаружить и наконец-то им это удалось. Новое открытие имеет важное значение для квантовой физики, а также для индустрии создания некоторых электронных устройств.

Все элементарные частицы делят на два вида: фермионы и бозоны. К фермионам, например, относят кварки, электроны, протоны и нейтроны. Дираковские фермионы были обнаружены физиком Полем Дираком. Эти фермионы, как в форме обычной частицы, так и в форме квазичастицы, имеют свойства, которые проявляются в противоположных формах частиц и античастиц.

Странный полудираковский фермион физикам удалось обнаружить внутри полуметалла ZrSiS, который охладили до температуры минус 269 градусов Цельсия. При такой температуре частицы ведут себя необычным образом и проявляют квантовые эффекты. Проявлением таких эффектов для полудираковского фермиона является то, что эта квазичастица имеет массу только тогда, когда двигается в одном направлении и не имеет массы при движении в другом. Наличие массы проявляется в зависимости от направления линий магнитного поля, как выяснили физики.

Полуметаллами называют материалы, которые проводят электричество как металлы, но все меняется экстремальных условиях. При сильном охлаждении полуметалла частицы в нем начали двигаться необычным образом и материал демонстрировал квантовые эффекты, которые заставляли частицы действовать как волна.

Ученые направляли на полуметалл инфракрасное излучение и подвергли влиянию магнитного поля, которое в 900 000 раз сильнее магнитного поля Земли. В результате ученые выяснили, что странное поведение в полуметалле показывает как раз теоретический полудираковский фермион. Исследование показало, что эти квазичастицы сначала двигаются так, как будто у них нет массы, но затем, когда направление движения меняется, масса появляется. При этом в данном случае полудираковские фермионы представляют собой очень массивные частицы. Пока что данное явление ученые не могут полностью объяснить и намерены продолжить далее свои эксперименты.