В революционном открытии исследователи из Университета Пенсильвании и Колумбийского университета впервые наблюдали фермионы полу-Дирака, тип квазичастиц, теоретически описанных 16 лет назад. Это первый случай, когда эти загадочные частицы, обладающие эффективной массой в одном направлении и не имеющие массы в противоположном, были видны. Результаты были опубликованы в журнале Physical Review X.
Эти фермионы полу-Дирака ставят под сомнение традиционное понимание массы в частицах. Согласно теории относительности Эйнштейна, ни один объект, движущийся со скоростью света, не может иметь массу. Однако в некоторых твердых материалах коллективное поведение частиц может привести к появлению квазичастиц, которые ведут себя по-разному в зависимости от направления их движения.
Открытие было сделано случайно в процессе применения техники, называемой магнето-оптической спектроскопией. Исследователи применяли яркий инфракрасный свет к серебристому материалу под сильным магнитным полем, выявляя уникальные свойства этих квазичастиц. Ведущий исследователь Иньмин Шао отметил: "Мы даже не искали фермион полу-Дирака, когда начали работать с этим материалом; мы искали сигнатуры, которые не понимали. Оказалось, что эти сигнатуры на самом деле были первым наблюдением этих квазичастиц, которые иногда ведут себя так, как будто у них есть масса, а в другие времена — как будто у них её нет."
Замечательно, что фермионы полу-Дирака были наблюдаемы в материале, известном как ZrSiS, который имеет слоистую структуру, подобную графиту. Команда считает, что, как только они выяснят, как изолировать один слой этого соединения, они смогут использовать возможности фермионов полу-Дирака, что потенциально позволит точно контролировать их свойства, подобно тому, как графен используется в электронике.
Хотя это первоначальное наблюдение открывает захватывающие возможности, остается много вопросов о поведении этих частиц.