Naukowcy odkryli niezwykłą cząstkę.

2024.12.12 AD.

Naukowcy odkryli cząstkę, której zachowanie wydaje się na pierwszy rzut oka całkowicie niewytłumaczalne. Może ona bowiem zyskiwać lub tracić masę w zależności od tego, w którym kierunku się porusza. Co najciekawsze, badacze natrafili na jej ślad zupełnie przypadkowo, potwierdzając przy okazji przewidywania na temat istnienia tego zjawiska sprzed 16 lat.


Zespół naukowców złożony z badaczy z Uniwersytetu Stanu Pensylwania i Uniwersytetu Columbia natrafił na tak zwane fermiony pół-Diraca. To są bardzo specyficzne cząstki o dziwnej charakterystyce. 
Natrafiono na nie w półmetalicznym materiale znanym jako ZrSiS, złożonym z cyrkonu, krzemu i siarki. 
Naukowcy wykorzystali materiał do badania właściwości kwazicząstek i oddziaływań kwantowych, ale podczas testów natrafili na niezwykły wzorzec, zgodnie z którym zmieniał się poziom energii elektronów.

Jak zauważa Ynming Shao, główny autor publikacji:

To było całkowicie nieoczekiwane. Nawet nie szukaliśmy fermionu pół-Diraca, kiedy zaczynaliśmy pracę z tym materiałem, ale widzieliśmy sygnatury, których nie rozumieliśmy – i okazało się, że dokonaliśmy pierwszej obserwacji tych dzikich kwazicząstek, które czasami poruszają się, jakby miały masę, a czasami poruszają się, jakby jej nie miały.

Na pierwszy rzut oka istnienie takiej cząstki wydaje się niemożliwe, ale wszystko sprowadza się do znanego i chętnie przytaczanego wzoru E = mc2. Zgodnie z teorią Einsteina, nic co ma masę, nie może osiągnąć prędkości światła, gdyż potrzebna byłaby nieskończona ilość energii, by przyspieszyć obiekt do takiej prędkości. Jeśli jednak spojrzymy na to z drugiej strony, to okazuje się, że cząstka, która nie ma masy, podczas zwalniania z prędkości światła tę masę zyskuje. Tak ma być właśnie w przypadku fermionów pół-Diraca.

Jak zauważa Shao:

Wyobraź sobie, że cząstka to maleńki pociąg ograniczony siecią torów, które są podstawową strukturą elektronową materiału. Teraz w pewnych punktach tory się przecinają, więc nasz pociąg cząstek porusza się po swoim szybkim torze, z prędkością światła, ale potem uderza w skrzyżowanie i musi zmienić tor na prostopadły. Nagle napotyka opór, ma masę. Cząstki są albo całkowicie energetyczne, albo mają masę, w zależności od kierunku ich ruchu wzdłuż torów materiału.

Naukowcy uważają, że odkrycie może przyczynić się do rozwoju nowych gałęzi technologicznych. Według nich istnieje możliwość, że w przyszłości będzie możliwe dokładne kontrolowanie fermionów pół-Diraca z porównywalną precyzją do kontroli zachowania grafenu.