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百年追寻 一朝成真-实验室首次造出无质量外尔费米子

发布时间:2019-09-13 19:34:47

1929年,德国物理学家魏尔曼·外尔首次提出,存在着一种无质量的新粒子——外尔费米子(Weyl fermion)。他们表示,新粒子拥有的独特属性为下一代电子设备奠定了基础,也将有助于量子计算机领域的研究。

科学家们认为,存在着狄拉克、马约拉纳和外尔三种费米子,迄今已在粒子加速器内发现了前两种费米子的证据,但始终没有获得第三种费米子的“蛛丝马迹”。科学家们认为,外尔费米子没有质量,可能是包括电子在内的其他亚原子粒子的基本组成部分。而且,这种粒子既具有右手手性,也具有左手手性,这就使其拥有很高的流动性。当两者相遇时,会像物质和反物质一样相互湮灭。

2011年,加州大学伯克利分校的理论凝聚态物质物理学家阿舍汶·维什瓦纳特研究团队在《物理评论B》杂志撰文指出,拥有某些属性的晶体在合适的环境下可能会产生外尔费米子。这种材料需具备某种不对称性,也必须是半金属。

由此,由普林斯顿大学物理学家扎伊德·哈桑领导的团队查阅了约100万种晶体的信息,最终将目光锁定在由钽和砷组成的晶体上。他们用一束光子向一块钽砷(TaAs)晶体发起了轰击。此举让晶体内的电子拥有了额外的能量,电子因此离开原位开始移动。科学家们对移动的电子进行了详细研究,结果发现,“这些电子准粒子的举止非常怪异,与外尔费米子如出一辙”。

据物理学家组织网7月17日(北京时间)报道,该研究的第一作者许苏扬(音译)表示,新发现不仅有助于科学家们厘清这种粒子的行为,也为研制出超低功耗电子设备铺平了道路。而且在量子尺度下,当该粒子遭遇电场或磁场时,其“手性”会发生变化,因此可被用于量子计算机研制领域。另外,超导体只在温度极低的液态氦或液态氮的“沐浴”下才能工作,而新粒子可在室温下工作。

不过,维什瓦纳特接受美国趣味科学采访时表示:“在晶体内制造出这种粒子或有助于我们更进一步了解其在现实世界中的行为,但最新发现并没有厘清外尔费米子是否是基本粒子中的一员这个问题。”

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