Fisikawan untuk pertama kalinya berhasil mengamati partikel semu yang diprediksi hampir seratus tahun yang lalu

Contoh

fisikawan gyroid Amerika untuk pertama kalinya mengkonfirmasi keberadaan partikel maya tanpa massa yang diprediksi oleh ilmuwan Jerman Hermann Weil dengan secara eksperimental mengamati mereka. Penemuan ini dapat membuka jalan bagi pembuatan perangkat elektronik baru, jenis baru laser daya tinggi dan perangkat optik lainnya. Pekerjaan partikel dilakukan secara independen dan diterbitkan oleh Princeton University dan Massachusetts Institute of Technology .

Pada awal abad ke-20, Weil Jerman belajar di Universitas Gottingen dengan David Hilbert sendiri, akrab dengan Einstein, menjadi salah satu pengikut dan populariser dari teori relativitas umum, menulis buku dan artikel tentang matematika dan fisika teoretis. Di antara ide-idenya yang lain pada tahun 1929, ia menggambarkan partikel virtual hipotetis, yang kemudian disebut "Weyl points" atau "Weyl fermions".

Ini adalah gangguan lokal dari kisi kristal, yang dianggap nyaman dalam bentuk partikel (sesuatu yang menyerupai lubang elektron ). Mereka muncul sebagai solusi dari persamaan Dirac (yang menggambarkan gerakan partikel titik dengan putaran setengah bilangan bulat). Selain itu, mereka sangat nyaman untuk beroperasi secara teori, karena mereka tidak memiliki massa dan kegesitannyadapat berupa kiri atau kanan (vektor putaran dapat diarahkan baik di dalam maupun berlawanan dengan arah gerakannya). Sifat unik seperti itu memungkinkan untuk menggunakan partikel-partikel ini dalam mikroelektronika di masa depan, bukan pada elektron yang menjadi dasar semua mikroelektronika modern dibangun.

Untuk waktu yang lama, fisikawan percaya bahwa partikel yang digambarkan oleh Weil adalah neutrino, karena itu diperhitungkan di antara partikel tanpa massa. Tetapi ketika pada tahun 1998 terbukti bahwa neutrino memiliki massa, misteri itu kembali menggairahkan pikiran para ilmuwan.

"Fisika dari fermion Weyl sangat aneh sehingga sejumlah sifat potensial yang berbeda tidak dapat dibayangkan mengikuti darinya," jelas M. Zahid Hassan, seorang profesor fisika di Princeton yang mengarahkan penelitian ini.

Sifat yang tidak biasa dari quasiparticle ini dilengkapi oleh fakta bahwa dalam kristal dari jenis khusus itu akan berperilaku seperti monopole magnetik. Tidak ada yang benar-benar mengamati monopole magnetik dalam kenyataan, tetapi sebagai abstraksi matematis, lebih mudah untuk menggunakannya dalam perhitungan pada apa yang disebut panggangan belakang(abstraksi matematis lain yang digunakan fisikawan untuk menggambarkan difraksi sinar-x, neutron, dan elektron pada kristal). Dan dalam perhitungan seperti itu, sifat-sifat fermion Weyl sangat mirip dengan sifat-sifat monopole.


Data yang diperoleh oleh detektor, membenarkan adanya partikel

, fermion Weyl sendiri berperilaku seperti kombinasi monopole-antimonopoli. Oleh karena itu, bahkan partikel yang bermuatan berlawanan dapat bergerak secara independen satu sama lain. Selain itu, mereka dapat bergerak tanpa hamburan balik (refleksi dalam arah yang berlawanan dengan arah gerakan) ketika hambatan muncul di jalur mereka. Elektron biasa bertabrakan dengan penghalang dan dispersinya meningkatkan suhu medium.

“Mereka tampaknya memiliki navigator GPS sendiri yang memungkinkan mereka untuk mengubah arah dan menghindari penyebaran,” kata Profesor Hassan. "Mereka dengan keras kepala terus bergerak ke arah yang sama, dan terbang menembus tanpa berhenti." Mereka berperilaku seperti seberkas elektron yang sangat cepat, dan oleh karena itu mereka dapat digunakan dalam komputer kuantum tipe baru. "

Kristal, tempat fermion dan monopole bersenang-senang, adalah gyroid - ini adalah" tiga kali permukaan minimum periodik "- sayangnya, yang lain istilah matematika yang sulit untuk dijelaskan dengan kata-kata sederhana, namun dalam kenyataannya kristal seperti itu ada, dan di antara mereka, di antara yang lain, orang dapat membangun konduktivitas yang hampir sempurna dari arus listrik - seperti pada graphene dua dimensi.

Weil, menggambarkan fermion, juga menggambarkan struktur kristal semimetal, yang dicari para ilmuwan dalam percobaan. Kristal tempat fermion Weil pertama kali diamati adalah kristal tantalum arsenide asimetris. Dalam percobaan, itu ditempatkan dalam dua tingkat scanning tunneling microscope dan didinginkan hingga mendekati nol mutlak, dan diperiksa sehingga memiliki struktur yang diinginkan (karena ada cukup banyak bentuk kristal dari senyawa ini). Setelah itu, ia dibombardir dengan sinar proton berenergi tinggi, di mana pengamatan fermion Weyl dalam kristal dikonfirmasi.

Source: https://habr.com/ru/post/id381991/