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.
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). 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 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 (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 (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 — это "трижды периодическая минимальная поверхность" – 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.
Комментарии (14)
slovak
19.07.2015 12:04+7SLY_G, вы ведь ни капельки не понимаете о чем пишете, так?
Почему нет значка «перевод»?
SLY_G Автор
19.07.2015 17:53+1Потому, что перевод — это пересказ слово в слово иностранного материала. Я же пытаюсь собрать объясняющий материал из нескольких источников.
С удовольствием приглашаю всех, кто лучше разбирается в вопросе, писать здесь научно-популярные статьи.
Только почему-то здесь не видно этих замечательных учёных, которые не только прекрасно разбираются в вопросе, но и хотели бы заниматься популяризацией науки.
Каждый критикует, но никто не пробует сам писать подобные статьи.slovak
19.07.2015 18:22-3Только почему-то здесь не видно этих замечательных учёных
Да потому, что уровень контента упал до уровня «ШОК, СЕНСАЦИЯ, УЧЕНЫЕ!!!».
Нечего им тут делать похоже.
То, что Вы выдаете по надцать статей в день — не популяризация. Возможно это работа Ваша.
Раз уж хотите ориентироваться на популяризаторов — берите пример с Zelenyikot.
Я же пытаюсь собрать объясняющий материал из нескольких источников.
Использование различных источников без намека на понимаме о чем идет речь — это не объяснение, а копипаст.SLY_G Автор
19.07.2015 21:40+6Вот вы много здесь написали, но почему-то ничего о том, что же конкретно я описал «не так».
Есть два вида критиков — одни, увидев неточность в статье, пишут личное сообщение «у вас вот тут вот так, а нужно эдак». И я исправляю. Это специалисты, которые хотят, чтобы всё было правильно. И благодаря им ресурс становится лучше.
Другие же, не имея возможности сказать что-либо по существу вопроса, любят отметиться публично в комментариях, поругать автора и получить за это почёс своего ЧСВ. В общем, получить похвалу за чужой счёт. Забавно, что у них самих не наберётся и пяти статей — но они всегда готовы «покритиковать» других.
Если вы разбираетесь в теме статьи, и можете исправить в ней что-то — пишите, не держите светоч ваших знаний замкнутым внутри себя.
Если же нет — извините, но больше тут нечего обсуждать.
rinaskela
20.07.2015 14:12Про массу нейтрино. Я знаю, что всегда пишут ограничение сверху, вроде «меньше… эВ» потому, что в экспериментах недостижима бесконечная чувствительность. Но я ни где не встречал сообщений, что подтверждена ненулевая масса. Более того, осциляция нейтрино вроде невозможна при ненулевой массе.
Было когда-то сообщение, что порог снизу сафиксировали на эксперименте и сделали это в России, но при проверке (повторяли эксперимент иностранные коллеги) обнаружилась ошибка и предел снизу отменили.
phprus
20.07.2015 17:01Наоборот, получается, что осциляции невозможна при нулевой массе, так как в первом приближении при нулевой массе частица может двигаться только со скоростью света и время для нее останавливается.
ForhaxeD
Стоп, виртуальную частицу невозможно наблюдать напрямую, это всего-лишь математическая абстракция, отчасти объясняющая флуктуацию вакуума. Тут либо наблюдали рождение пары-антипары такой частицы, либо какой-то другой процесс, в котором частица стала реальной.
И еще, как всегда, какая-то сильно общая информация (ощущение, что читаю какую-нибудь ленту) и никаких подробностей.
CaptainFlint
Я так понял, что имеется в виду не виртуальная частица, а квазичастица.
ForhaxeD
Ну тогда о каком открытии идет речь? Квазичастицей может быть все что угодно, квазичастица это всего-лишь математическая надстройка над реально существующей частицей, дабы нивелировать огромное количество параметров.
И вообще, почему администрация не следит за такими как SLY_G, нет даже дисклаймера о переводе, не говоря уже о практически полном отсутствии научной ценности размещаемого материала. Гиктаймс из-за общего падения качества (а товарищ SLY_G такой не один) статей превращается в вольный sort of пикабу.
CaptainFlint
SLY_G Автор
Потому, что перевод — это пересказ слово в слово иностранного материала. Я же пытаюсь собрать объясняющий материал из нескольких источников.
С удовольствием приглашаю всех, кто лучше разбирается в вопросе, писать здесь научно-популярные статьи.
ankh1989
Кстати, а что такое «реально существующая частица» и чем она отличается от математической «квазичастицы»? Если я правильно понял статью, то упомянутая квазичастица — не что иное, как некая устойчивая конфигурация из «реальных» частиц (примерно как гребень волны — устойчивая конфигурация морской воды) которая подчиняется неким правилам и потому её удобно называть квазичастицей. Но ведь те самые «реальные» частицы — не что иное как некие абстрактные квантовые флуктуации в непонятно чём и потому они ненамного реальнее этих квазичастиц.