Ученые обнаружили необычную частицу: направление меняет ее массу
Исследователи совершили случайное открытие частицы, обладающей любопытным свойством: ее масса зависит от направления ее движения. При перемещении в одну сторону она имеет массу, а при движении в противоположном становится безмассовой. Существование так называемых полудираковских фермионов было теоретически предсказано 16 лет назад, сообщает New Atlas.
Находка была сделана в полуметаллическом материале ZrSiS, состоящем из циркония, кремния и серы, при изучении свойств квазичастиц. Они возникают из коллективного поведения многих частиц в твердом материале.
Кажется парадоксальным, что что-то может приобретать и терять массу. Однако объяснение этого феномена кроется в знаменитом уравнении Эйнштейна E=mc², связывающем энергию (E) и массу (m) частицы через скорость света ©. Согласно специальной теории относительности, ничто, имеющее массу, не может достичь скорости света, поскольку для разгона до нее потребовалось бы бесконечное количество энергии. Но если безмассовая частица замедляется со скорости света, она вновь приобретает массу.
Когда квазичастицы движутся вдоль одного измерения внутри кристаллов ZrSiS, они делают это со скоростью света и, следовательно, не имеют массы. Но как только они пытаются двигаться в другом направлении, они сталкиваются с сопротивлением, замедляются и набирают массу.
«Представьте себе частицу как крошечный поезд, движущийся по рельсам, которые представляют собой электронную структуру материала. В определенных точках эти рельсы пересекаются. Когда частица-поезд, двигаясь со скоростью света, достигает такого перекрестка, ей приходится менять направление движения, переходя на перпендикулярные рельсы. В этот момент она сталкивается с сопротивлением и приобретает массу. Таким образом, частица либо полностью состоит из энергии, либо обладает массой в зависимости от направления ее движения по этим «рельсам», — объясняет ведущий автор исследования Иньмин Шао.
Изначально команда намеревалась изучить квантовые взаимодействия в материале, наблюдая за тем, как электроны в нем реагируют на свет. Они обнаружили, что энергетический уровень электронов следовал неожиданной модели по мере увеличения силы магнитного поля. Это и «выдало» полудираковские фермионы.
Хотя это довольно сложная концептуальная физика, команда утверждает, что открытие практически применимо для ZrSiS. С помощью фермионов можно будет контролировать его свойства с той же точностью, что и у графена.
Ранее российские химики создали нанолисты из цинка. Объяснили, зачем они нужны.
