En un descubrimiento revolucionario, investigadores de la Universidad de Pensilvania y la Universidad de Columbia han observado directamente los fermiones semi-Dirac, un tipo de cuasipartícula teorizada hace 16 años. Esta es la primera vez que se ven estas enigmáticas partículas, que tienen masa efectiva en una dirección y ninguna en la opuesta. Los hallazgos fueron publicados en la revista Physical Review X.
Estos fermiones semi-Dirac desafían la comprensión convencional de la masa en partículas. Según la teoría de relatividad especial de Einstein, cualquier objeto que viaje a la velocidad de la luz no puede poseer masa. Sin embargo, en ciertos materiales sólidos, el comportamiento colectivo de las partículas puede llevar a la aparición de cuasipartículas que se comportan de manera diferente según su dirección de movimiento.
El descubrimiento se realizó accidentalmente mientras se empleaba una técnica llamada espectroscopia magneto-óptica. Los investigadores aplicaron luz infrarroja brillante a un material de color plateado bajo un fuerte campo magnético, revelando las propiedades únicas de estas cuasipartículas. El investigador principal, Yinming Shao, comentó: "Ni siquiera estábamos buscando un fermión semi-Dirac cuando comenzamos a trabajar con este material; buscábamos firmas que no entendíamos. Resultó que esas firmas eran en realidad la primera observación de estas cuasipartículas, que a veces se comportan como si tuvieran masa y otras como si no la tuvieran."
Notablemente, los fermiones semi-Dirac fueron observados en un material conocido como ZrSiS, que presenta una estructura en capas similar al grafito. El equipo cree que, una vez que descubran cómo aislar una sola capa de este compuesto, podrán aprovechar las capacidades de los fermiones semi-Dirac, lo que permitirá un control preciso de sus propiedades similar al del grafeno en la electrónica.
Aunque esta observación inicial abre posibilidades emocionantes, quedan muchas preguntas sobre el comportamiento de estas partículas. Las implicaciones de esta investigación van más allá de la física teórica, sugiriendo aplicaciones potenciales en dispositivos electrónicos y tecnologías cuánticas.