- PVSM.RU - https://www.pvsm.ru -
Пример гироида
Американские физики впервые подтвердили существование безмассовых виртуальных частиц, предсказанных немецким учёным Германом Вейлем, путём их экспериментального наблюдения. Открытие может проложить дорогу к созданию новых электронных устройств, нового типа лазеров повышенной мощности и других оптических устройств. Работы с частицами независимо провели и опубликовали Принстонский университет и Массачусетский технологический институт [1].
Герман Вейль в начале 20-го века учился в Гёттингенском университете у самого Давида Гильберта, был знаком с Эйнштейном, стал одним из первых последователей и популяризаторов его общей теории относительности, писал книги и статьи по математике и теоретической физике. В числе прочих своих идей в 1929 году он описал гипотетические виртуальные частицы, которые позже назвали «точки Вейля» или «фермионы Вейля».
Это локальные возмущения кристаллической решётки, которые удобно рассматривать в виде частиц (нечто, напоминающее электронные дырки [2]). Они появились в качестве решений уравнения Дирака (описывающего движение точечной частицы с полуцелым спином). При этом ими очень удобно оперировать в теории, поскольку у них нет массы и их спиральность [3]может быть как левой, так и правой (вектор спина может быть направлен как по, так и против направления её движения). Такие уникальные свойства позволяют использовать эти частицы в микроэлектронике будущего вместо электронов, на которых построена вся современная микроэлектроника.
Долгое время физики считали, что описанная Вейлем частица – это нейтрино, поскольку его причисляли к безмассовым частицам. Но когда в 1998 году было доказано, что у нейтрино есть масса, загадка вновь стала будоражить умы учёных.
«Физика фермионов Вейля настолько странная, что из неё вытекает невообразимое количество различных потенциальных свойств,- пояснил М. Захид Хасан, профессор физики из Принстона, руководивший исследованием.
Необычность этой квазичастицы дополняется тем, что в кристалле особого вида она будет вести себя, как магнитный монополь. Магнитных монополей также в реальности никто не наблюдал, но в качестве математических абстракций их удобно использовать в расчётах на т.н. обратной решётке [4](ещё одной математической абстракции, которой физики пользуются для описания дифракции рентгеновских лучей, нейтронов и электронов на кристалле). И в таких расчётах свойства фермионов Вейля крайне похожи на свойства монополей.
Данные, полученные детектором, подтверждающие наличие частиц
Сами же фермионы Вейля ведут себя, как комбинация монополь-антимонополь. Поэтому, даже частицы, имеющие противоположные заряды, могут передвигаться независимо друг от друга. Кроме этого, они способны двигаться без обратного рассеивания [5](отражения в направлении, обратном направлению движения) при появлении на их пути препятствий. Обычные электроны сталкиваются с препятствиями и их рассеивание повышает температуру среды.
»У них будто бы есть свой GPS-навигатор, который позволяет им изменять курс движения и избегать рассеяния,- говорит профессор Хасан. – Они упорно продолжают двигаться в одном и том же направлении, и пролетают насквозь, не останавливаясь. Они ведут себя, как пучок очень быстрых электронов, и потому их можно использовать в квантовых компьютерах нового типа".
Кристалл, в котором весело проводят время фермионы Вейля и монополи, является гироидом [6] — это "трижды периодическая минимальная поверхность [7]" – к сожалению, ещё один математический термин, который достаточно сложно описать простыми словами. Тем не менее, в реальности такие кристаллы существуют, и в них, среди прочего, можно наладить почти идеальную проводимость электрического тока – как в двумерном графене.
Вейль, описывая фермионы, описал и структуру полуметаллического кристалла, которую и искали в экспериментах учёные. Кристаллом, в котором впервые удалось пронаблюдать фермионы Вейля, оказался асимметричный кристалл арсенида тантала. В эксперименте его поместили в двухуровневый сканирующий туннельный микроскоп и охладили почти до абсолютного нуля, и проверили таким образом, что он имеет нужную структуру (поскольку кристаллических форм этого соединения существует изрядное количество). После этого его обстреляли пучками высокоэнергетических протонов, в процессе чего было подтверждено наблюдение в кристалле фермионов Вейля.
Автор: SLY_G
Источник [8]
Сайт-источник PVSM.RU: https://www.pvsm.ru
Путь до страницы источника: https://www.pvsm.ru/fizika/94156
Ссылки в тексте:
[1] Массачусетский технологический институт: http://www.sciencedaily.com/releases/2015/07/150716160601.htm?utm_source=feedburner&utm_medium=feed&utm_campaign=Feed%3A+sciencedaily+%28Latest+Science+News+--+ScienceDaily%29
[2] электронные дырки: https://ru.wikipedia.org/wiki/Дырка
[3] спиральность : https://ru.wikipedia.org/wiki/Спиральность_частицы
[4] обратной решётке : https://ru.wikipedia.org/wiki/Обратная_решётка
[5] обратного рассеивания : https://ru.wikipedia.org/wiki/Обратное_рассеяние
[6] гироидом : https://en.wikipedia.org/wiki/Gyroid
[7] трижды периодическая минимальная поверхность: https://en.wikipedia.org/wiki/Triply_periodic_minimal_surface
[8] Источник: http://geektimes.ru/post/258990/
Нажмите здесь для печати.