Les physiciens ont pour la première fois réussi à observer des quasiparticules prédites il y a près de cent ans

Un exemple de

physicien américain gyroïde a pour la première fois confirmé l'existence de particules virtuelles sans masse prédites par le scientifique allemand Hermann Weil en les observant expérimentalement. Cette découverte pourrait ouvrir la voie à la création de nouveaux appareils électroniques, d'un nouveau type de lasers haute puissance et d'autres appareils optiques. Le travail sur les particules a été mené et publié de manière indépendante par l'Université de Princeton et le Massachusetts Institute of Technology .

Au début du XXe siècle, German Weil étudie à l'Université de Göttingen avec David Hilbert lui-même, connaît Einstein, devient l'un des premiers adeptes et vulgarisateurs de sa théorie générale de la relativité, écrit des livres et des articles sur les mathématiques et la physique théorique. Parmi ses autres idées en 1929, il a décrit des particules virtuelles hypothétiques, qui ont ensuite été appelées «points de Weyl» ou «fermions de Weyl».

Ce sont des perturbations locales du réseau cristallin, qui sont commodément considérées sous la forme de particules (quelque chose qui ressemble à des trous d'électrons ). Ils sont apparus comme des solutions de l'équation de Dirac (qui décrit le mouvement d'une particule ponctuelle avec un spin demi-entier). De plus, ils sont très pratiques à utiliser en théorie, car ils n'ont pas de masse et leur hélicitépeut être à gauche ou à droite (le vecteur de rotation peut être dirigé à la fois dans et contre la direction de son mouvement). De telles propriétés uniques permettent d'utiliser ces particules dans la microélectronique du futur au lieu des électrons sur lesquels toute la microélectronique moderne est construite.

Pendant longtemps, les physiciens ont cru que la particule décrite par Weil était un neutrino, car elle était comptée parmi les particules sans masse. Mais quand en 1998 il a été prouvé que les neutrinos ont une masse, le mystère a de nouveau commencé à exciter l'esprit des scientifiques.

"La physique des fermions de Weil est si étrange qu'un nombre inimaginable de propriétés potentielles différentes en découle", a expliqué M. Zahid Hassan, professeur de physique à Princeton qui a dirigé l'étude.

Le caractère inhabituel de cette quasiparticule est complété par le fait que dans un cristal d'un type spécial, il se comportera comme un monopôle magnétique. Personne n'a réellement observé de monopôles magnétiques dans la réalité, mais en tant qu'abstractions mathématiques, il est pratique de les utiliser dans des calculs sur les soi-disant grille arrière(une autre abstraction mathématique que les physiciens utilisent pour décrire la diffraction des rayons X, des neutrons et des électrons sur un cristal). Et dans de tels calculs, les propriétés des fermions de Weyl sont extrêmement similaires à celles des monopôles.


Les données obtenues par le détecteur, confirmant la présence de particules

, les fermions de Weyl se comportent eux-mêmes comme une combinaison monopôle-antimonopole. Par conséquent, même les particules ayant des charges opposées peuvent se déplacer indépendamment les unes des autres. De plus, ils sont capables de se déplacer sans rétrodiffusion (réflexion dans la direction opposée à la direction du mouvement) lorsque des obstacles apparaissent sur leur chemin. Les électrons ordinaires entrent en collision avec des obstacles et leur dispersion élève la température du milieu.

«Ils semblent avoir leur propre navigateur GPS qui leur permet de changer de cap et d'éviter la dispersion», explique le professeur Hassan. «Ils continuent obstinément à se déplacer dans la même direction et volent à travers sans s'arrêter.» Ils se comportent comme un faisceau d'électrons très rapides, et peuvent donc être utilisés dans des ordinateurs quantiques d'un nouveau type. "Le

cristal, dans lequel les fermions de Weyl et les monopôles s'amusent, est une gyroïde - c'est une" surface minimale périodique trois fois "- malheureusement, une autre un terme mathématique difficile à décrire en termes simples, cependant, en réalité, de tels cristaux existent, et parmi eux, entre autres, on peut établir une conductivité presque parfaite du courant électrique - comme dans le graphène bidimensionnel.

Weil, décrivant les fermions, a également décrit la structure d'un cristal semi-métallique, que les scientifiques ont recherchée lors d'expériences. Le cristal dans lequel les fermions de Weil ont été observés pour la première fois était un cristal d'arséniure de tantale asymétrique. Dans l'expérience, il a été placé dans un microscope à effet tunnel à balayage à deux niveaux et refroidi à zéro presque absolu, et vérifié afin qu'il ait la structure souhaitée (car il existe une bonne quantité de formes cristallines de ce composé). Après cela, il a été bombardé de faisceaux de protons de haute énergie, au cours desquels l'observation des fermions de Weyl dans le cristal a été confirmée.

Source: https://habr.com/ru/post/fr381991/