科学家发现半狄拉克费米子，揭开亚原子世界的奥秘

星阁 • 2024年11月08日 12:51 • 财经

经过16年的假设，科学家们终于在半金属材料中发现了名为半狄拉克费米子的准粒子。半金属在常态下具有电导性，但在极端条件下表现出量子行为。

研究发现，当这些粒子受到特定方向的磁场影响时，它们没有质量；但当方向改变时，它们就会获得质量。

量子世界的奇妙

亚原子世界充满了量子物理和经典物理的奥秘。众所周知，粒子在冷却到绝对零度时会表现出奇怪的现象，并开始表现出量子效应。对一些粒子来说，这可以诱导超导性——由于没有电阻，理论上电流可以永远存在。对于其他粒子，如半狄拉克费米子，这意味着它们的质量会根据磁场的方向而波动。

这是即将发表在《物理评论 X》杂志上的论文得出的结论，报告了首次在半金属中发现这些理论上的粒子（称为“半金属”，是因为它们在极端条件下除了具有金属的电导性）。当这些半金属被冷却到接近绝对零度时，研究人员注意到粒子没有正常向前流动，而是像河流中的漩涡一样形成圆周运动。

根据《新科学家》杂志，完全符合“绝对零度对物质做了有趣的事情”这一格言，这种材料表现出的量子效应使粒子表现得“就像一个在漩涡周围流淌时自我强化的波”。

为了确保他们确实分析的是假设的半狄拉克费米子，研究团队对半金属施加了不同的磁场和光频率，以识别该粒子。然而，他们目睹的最奇怪的行为是当团队改变磁场与粒子本身之间的关系时。

银明·邵告诉《新科学家》：“这种粒子非常奇怪。你可以想象在纽约街头行走，如果你一直往前走，你就会非常轻，没有质量。但如果你向东或向西转90度，你就会变得非常重。”

该团队使用红外线通过粒子反射回来的光线来分析粒子——这是一个极其困难的过程，因为半金属中还含有许多其他也会反射红外线的粒子。

这些准粒子之所以特别有趣，是因为它们存在于金属中的普通电子与流淌在整个宇宙中的无质量中微子之间的中间地带。进一步研究这些粒子可以帮助揭示各种物理学现象，包括库仑相互作用和其他量子现象。

16年来，科学家们一直都在寻找这种假设中的粒子。现在它已经被观察到了，还有很多东西需要学习。

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