Шукали 16 років: фізики вперше виявили частинку, яка має масу тільки в одному випадку

Як показало нове дослідження, напівдираковський ферміон, квазічастинка, що поводиться як єдине ціле, все-таки існує. У 2008 році фізики вперше припустили можливість її існування і новий експеримент довів цю теорію. Виявилося, що ця квазічастинка має масу тільки тоді, коли рухається в одному напрямку і не має маси під час руху в іншому.

Результати дослідження опубліковані в журналі Physical Review X, пише ScienceAlert.

У той час як звичайні квазічастинки мають одну й ту саму масу незалежно від напряму їхнього руху, напівдираківський ферміон, як показало дослідження, суперечить цим правилам. Уперше існування цієї частинки фізики передбачили 2008 року і відтоді намагалися її виявити і нарешті їм це вдалося. Нове відкриття має важливе значення для квантової фізики, а також для індустрії створення деяких електронних пристроїв.

Усі елементарні частинки ділять на два види: ферміони і бозони. До ферміонів, наприклад, відносять кварки, електрони, протони і нейтрони. Діраківські ферміони були виявлені фізиком Полем Діраком. Ці ферміони, як у формі звичайної частинки, так і у формі квазічастинки, мають властивості, що проявляються в протилежних формах частинок і античастинок.

Дивний напівдираківський ферміон фізикам вдалося виявити всередині напівметалу ZrSiS, який охолодили до температури мінус 269 градусів Цельсія. За такої температури частинки поводяться незвично і проявляють квантові ефекти. Проявом таких ефектів для напівдираківського ферміона є те, що ця квазічастинка має масу лише тоді, коли рухається в одному напрямку і не має маси під час руху в іншому. Наявність маси проявляється залежно від напрямку ліній магнітного поля, як з'ясували фізики.

Напівметалами називають матеріали, які проводять електрику як метали, але все змінюється в екстремальних умовах. При сильному охолодженні напівметалу частинки в ньому почали рухатися незвичним чином і матеріал демонстрував квантові ефекти, які змушували частинки діяти як хвиля.

Вчені направляли на напівметал інфрачервоне випромінювання і піддали впливу магнітного поля, яке в 900 000 разів сильніше за магнітне поле Землі. У результаті вчені з'ясували, що дивну поведінку в напівметалі демонструє якраз теоретичний напівдираківський ферміон. Дослідження показало, що ці квазічастинки спочатку рухаються так, ніби у них немає маси, але потім, коли напрямок руху змінюється, маса з'являється. При цьому в цьому випадку напівдираківські ферміони являють собою дуже масивні частинки. Поки що це явище вчені не можуть повністю пояснити і мають намір продовжити далі свої експерименти.