Los físicos por primera vez lograron observar cuasipartículas predichas hace casi cien años

Un ejemplo de un

físico estadounidense giroideo confirmó por primera vez la existencia de partículas virtuales sin masa predichas por el científico alemán Hermann Weil a través de su observación experimental. El descubrimiento puede allanar el camino para la creación de nuevos dispositivos electrónicos, un nuevo tipo de láser de alta potencia y otros dispositivos ópticos. El trabajo con partículas fue realizado y publicado de forma independiente por la Universidad de Princeton y el Instituto de Tecnología de Massachusetts .

A principios del siglo XX, German Weil estudió en la Universidad de Gotinga con el propio David Hilbert, conoció a Einstein, se convirtió en uno de los primeros seguidores y divulgadores de su teoría general de la relatividad, escribió libros y artículos sobre matemáticas y física teórica. Entre sus otras ideas en 1929, describió partículas virtuales hipotéticas, que luego se denominaron "puntos de Weyl" o "fermiones de Weyl".

Estas son perturbaciones locales de la red cristalina, que se consideran convenientemente en forma de partículas (algo parecido a agujeros de electrones ). Aparecieron como soluciones de la ecuación de Dirac (que describe el movimiento de una partícula puntual con un giro de medio entero). Además, son muy convenientes para operar en teoría, ya que no tienen masa y su helicidad.puede ser hacia la izquierda o hacia la derecha (el vector de rotación puede dirigirse tanto dentro como en contra de la dirección de su movimiento). Estas propiedades únicas permiten utilizar estas partículas en la microelectrónica del futuro en lugar de los electrones sobre los que se construye toda la microelectrónica moderna.

Durante mucho tiempo, los físicos creyeron que la partícula descrita por Weil era un neutrino, ya que se contaba entre partículas sin masa. Pero cuando en 1998 se demostró que los neutrinos tienen masa, el misterio nuevamente comenzó a excitar las mentes de los científicos.

"La física de los fermiones de Weyl es tan extraña que de ella se deriva un número inimaginable de propiedades potenciales diferentes", explicó M. Zahid Hassan, profesor de física en Princeton que dirigió el estudio.

La naturaleza inusual de esta cuasipartícula se complementa con el hecho de que en un cristal de un tipo especial se comportará como un monopolo magnético. En realidad, nadie observó los monopolos magnéticos en realidad, pero como abstracciones matemáticas, es conveniente usarlos en los cálculos de los llamados parrilla trasera(Otra abstracción matemática que los físicos usan para describir la difracción de rayos X, neutrones y electrones en un cristal). Y en tales cálculos, las propiedades de los fermiones de Weyl son extremadamente similares a las propiedades de los monopolos.


Datos obtenidos por el detector que confirman la presencia de partículas.

Los fermiones de Weyl se comportan como una combinación monopolo-antimonopol. Por lo tanto, incluso las partículas que tienen cargas opuestas pueden moverse independientemente unas de otras. Además, pueden moverse sin retrodispersión (reflejo en la dirección opuesta a la dirección del movimiento) cuando aparecen obstáculos en su camino. Los electrones ordinarios chocan con obstáculos y su dispersión eleva la temperatura del medio.

"Parecen tener su propio navegador GPS que les permite cambiar de rumbo y evitar la dispersión", dice el profesor Hassan. "Obstinadamente continúan moviéndose en la misma dirección y vuelan sin parar". Se comportan como un haz de electrones muy rápidos y, por lo tanto, se pueden usar en un nuevo tipo de computadoras cuánticas ". El

cristal, en el que se divierten los fermiones y monopolos de Weyl, es un giroide , esta es una" superficie mínima tres veces periódica ", desafortunadamente, otra un término matemático que es difícil de describir con palabras simples, sin embargo, en realidad existen tales cristales, y entre ellos, entre otras cosas, se puede establecer una conductividad casi perfecta de la corriente eléctrica, como en el grafeno bidimensional.

Weil, describiendo fermiones, también describió la estructura de un cristal semimetal, que los científicos buscaron en experimentos. El cristal en el que se observaron por primera vez los fermiones de Weil fue un cristal de arseniuro de tantalio asimétrico. En el experimento, se colocó en un microscopio de túnel de exploración de dos niveles y se enfrió a casi cero absoluto, y se verificó de manera que tenga la estructura deseada (ya que hay una buena cantidad de formas cristalinas de este compuesto). Después de eso, fue bombardeado con haces de protones de alta energía, durante los cuales se confirmó la observación de fermiones de Weyl en el cristal.

Source: https://habr.com/ru/post/es381991/