Tracą masę, jeśli kierunek jest słuszny

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 (https://journals.aps.org/prx/accepted/c307eKeaE0c1ad0de8353db53a799be662b8dde40).

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.

Paweł Wernicki

Od redakcji Wiara.pl

Przeczy to temu, co rozum skłonny byłby uznać za prawdopodobne, ale tak jest. Dlaczego dziś tak często pojawia się argument "Boga nie ma, bo go nie widać" skoro jego istnienie łatwo dostrzec bardziej subtelnymi niż wzrok narzędziami obserwacji rzeczywistości?