Os físicos conseguiram observar pela primeira vez as quasipartículas previstas há quase cem anos

Um exemplo de

físicos americanos da tireóide confirmou pela primeira vez a existência de partículas virtuais sem massa, previstas pelo cientista alemão Hermann Weil através de sua observação experimental. A descoberta pode abrir caminho para a criação de novos dispositivos eletrônicos, um novo tipo de lasers de alta potência e outros dispositivos ópticos. O trabalho de partículas foi conduzido e publicado independentemente pela Universidade de Princeton e pelo Instituto de Tecnologia de Massachusetts .

No início do século XX, o alemão Weil estudou na Universidade de Göttingen com o próprio David Hilbert, conhecia Einstein, tornou-se um dos primeiros seguidores e popularizadores de sua teoria geral da relatividade, escreveu livros e artigos sobre matemática e física teórica. Entre suas outras idéias em 1929, ele descreveu partículas virtuais hipotéticas, que mais tarde foram chamadas de "pontos de Weyl" ou "férmions de Weyl".

Essas são perturbações locais da rede cristalina, que são convenientemente consideradas na forma de partículas (algo semelhante a buracos de elétrons ). Eles apareceram como soluções da equação de Dirac (que descreve o movimento de uma partícula pontual com um spin meio inteiro). Além disso, são muito convenientes para operar em teoria, uma vez que não possuem massa e seus helicópterospode ser esquerda ou direita (o vetor de rotação pode ser direcionado tanto na direção quanto na direção do seu movimento). Tais propriedades únicas tornam possível o uso dessas partículas na microeletrônica do futuro, em vez dos elétrons nos quais toda a microeletrônica moderna é construída.

Durante muito tempo, os físicos acreditaram que a partícula descrita por Weil era um neutrino, uma vez que era contada entre partículas sem massa. Mas quando, em 1998, foi provado que os neutrinos têm massa, o mistério novamente começou a excitar as mentes dos cientistas.

"A física dos férmions de Weil é tão estranha que um número inimaginável de diferentes propriedades potenciais se segue", explicou M. Zahid Hassan, professor de física de Princeton que dirigiu o estudo.

A natureza incomum desta quase partícula é complementada pelo fato de que em um cristal de um tipo especial ele se comportará como um monopolo magnético. Na verdade, ninguém observou monopólos magnéticos na realidade, mas como abstrações matemáticas, é conveniente usá-los em cálculos nos chamados grelha traseira(outra abstração matemática que os físicos usam para descrever a difração de raios-x, nêutrons e elétrons em um cristal). E nesses cálculos, as propriedades dos férmions de Weyl são extremamente semelhantes às propriedades dos monopólos.


Dados obtidos pelo detector confirmando a presença de partículas.Os

férmions de Weyl se comportam como uma combinação monopolo-antimonopol. Portanto, mesmo partículas com cargas opostas podem se mover independentemente uma da outra. Além disso, eles são capazes de se mover sem retrodispersão (reflexo na direção oposta à direção do movimento) quando obstáculos aparecem no caminho. Elétrons comuns colidem com obstáculos e sua dispersão aumenta a temperatura do meio.

"Eles parecem ter seu próprio navegador GPS que lhes permite mudar de rumo e evitar a dispersão", diz o professor Hassan. "Eles teimosamente continuam a se mover na mesma direção e voam sem parar." Eles se comportam como um feixe de elétrons muito rápidos e, portanto, podem ser usados ​​em computadores quânticos de um novo tipo. "O

cristal, no qual os férmions e monopólios de Weyl se divertem, é um tireóide - esta é uma" superfície mínima periódica três vezes "- infelizmente, outro um termo matemático difícil de descrever em palavras simples, no entanto, na realidade tais cristais existem e, entre eles, pode-se estabelecer uma condutividade quase perfeita da corrente elétrica - como no grafeno bidimensional.

Weil, descrevendo os férmions, também descreveu a estrutura de um cristal semimetal, que os cientistas buscavam em experimentos. O cristal no qual os férmions de Weil foram observados pela primeira vez foi um cristal de arseneto de tântalo assimétrico. No experimento, ele foi colocado em um microscópio de varredura de tunelamento de dois níveis e resfriado a zero quase absoluto, e verificado para ter a estrutura desejada (já que há uma boa quantidade de formas cristalinas desse composto). Depois disso, ele foi bombardeado com feixes de prótons de alta energia, durante os quais a observação dos férmions de Weyl no cristal foi confirmada.

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