Felfedeztek egy részecskét, amelynek csak akkor van tömege, ha egy adott irányban halad

A részecskefizika nem mindenki számára könnyen érthető terület, ám időről időre olyan felfedezések születnek, amelyek még a laikusok érdeklődését is felkeltik. Egy kutatócsoport most egy különös kvázirészecskét azonosított, aminek a félig-Dirac fermion nevet adták, és amely egészen szokatlan tulajdonságokkal rendelkezik, mivel az egyik irányban tömeg nélküli részecskeként viselkedik, míg a másik irányban tömeget mutat.

Furcsa tulajdonságokkal bír az újonnan felfedezett részecske

A Penn State Egyetem kutatói a félig-Dirac fermion létezését 16 évvel ezelőtt jósolták meg, ám most sikerült közvetlen bizonyítékot szerezniük a kvázirészecske létezésére. A kvázirészecskék a kristályszerkezetek belsejében viselkedő energia kvantumai, amelyek saját helyzettel és lendülettel rendelkeznek, és egyes esetekben úgy viselkednek, mintha valódi részecskék lennének. A félig-Dirac fermion különlegességét az adja, hogy az egyik irányban, mozgása során tömeggel rendelkezik, míg a másik irányban tömeg nélküli, szinte tiszta energia formájában mozog a fény sebességével. Ez a jelenség összhangban van Einstein speciális relativitáselméletével, amely kimondja, hogy a fénysebességgel haladó objektumoknak nem lehet tömegük, írja a Universe Today.

A felfedezéshez a kutatók cirkónium-szilícium-szulfid kristályt használtak, amelyet rendkívül alacsony, majdnem abszolút nulla fokos hőmérsékletre hűtöttek. A kristályt ezután a földinél 900 ezerszer erősebb mágneses mezőnek tették ki, amit a floridai National High Magnetic Field Laboratory laboratóriumában hoztak létre. Az infravörös fénnyel történő megvilágítás során megfigyelték az anyag elektronjainak viselkedését, amely számos várható jelenséget igazolt, de néhány megmagyarázhatatlan tulajdonságot is felfedett.

Új utakat nyithat meg a fizikában

A kísérlet során a mágneses mező kulcsszerepet játszott, ugyanis hatására az elektronok viselkedése kvantált állapotokra oszlott, amelyeket Landau-szinteknek neveznek. Ezeknek az energiaszinteknek az értéke az elektronok tömegétől és a mágneses mező erősségétől függ. Az elmélet szerint a mágneses mező növelésével az energiaszinteknek emelkedniük kellett volna az elektronok tömegének megfelelően, ám a megfigyelések ennek ellentmondtak. Yinming Shao, a kutatás vezetője egy egyszerű példával magyarázta a jelenséget. „Képzeljük el, hogy a részecske olyan, mint egy apró vonat, amely egy anyag belső elektronikus szerkezetén mozgó sínhálózaton halad. Ha a sín kereszteződéshez ér, az irányváltás során ellenállást tapasztal, azaz tömege lesz. Amíg viszont az eredeti irányban mozog, tömeg nélküli, szinte tiszta energiaként halad tovább.”

Ez a különös részecske új perspektívát nyújt a kvantumfizika és az anyagszerkezet kutatásában. Bár a részecskefizikában a felfedezések nem mindennaposak, az olyan eredmények, mint a félig-Dirac fermion, egyre közelebb vihetnek minket a világegyetem legalapvetőbb működési elveinek megértéséhez.

Érdemes elolvasni:

Ha szeretnéd segíteni a HellóMagyar munkatársainak munkáját és a független újságírást,
itt tudod támogatni az oldalunkat