После 16 лет поисков физики впервые нашли частицу, обладающую массой лишь в определённых условиях.

Недавнее исследование подтвердило существование полудираковского фермиона, квазичастицы, которая ведет себя как единое целое. В 2008 году физики впервые выдвинули гипотезу о ее существовании, и новый эксперимент подтвердил эту теорию. Оказалось, что эта квазичастица обладает массой только при движении в одном направлении и не имеет массы при движении в другом. Результаты исследования были опубликованы в журнале Physical Review X, сообщает ScienceAlert.

В то время как обычные квазичастицы имеют одинаковую массу независимо от направления движения, полудираковский фермион, согласно исследованию, нарушает эти правила. Физики впервые предсказали существование этой частицы в 2008 году и с тех пор пытались ее обнаружить, и, наконец, им это удалось. Это открытие имеет большое значение для квантовой физики и для разработки некоторых электронных устройств.

Все элементарные частицы делятся на два типа: фермионы и бозоны. К фермионам относятся, например, кварки, электроны, протоны и нейтроны. Дираковские фермионы были впервые обнаружены физиком Полем Дираком. Эти фермионы, как в форме обычных частиц, так и в виде квазичастиц, обладают свойствами, которые проявляются в противоположных формах частиц и античастиц.

Странный полудираковский фермион был обнаружен учеными внутри полуметалла ZrSiS, который был охлажден до температуры минус 269 градусов Цельсия. При такой температуре частицы ведут себя необычно и демонстрируют квантовые эффекты. Проявление этих эффектов для полудираковского фермиона заключается в том, что эта квазичастица имеет массу только при движении в одном направлении и не имеет массы при движении в другом. Наличие массы зависит от направления линий магнитного поля, как установили физики.

Полуметаллы — это материалы, которые проводят электричество, как металлы, но их свойства меняются в экстремальных условиях. При сильном охлаждении полуметалла частицы начали двигаться необычным образом, и материал проявлял квантовые эффекты, заставляющие частицы действовать как волна.

Ученые направили инфракрасное излучение на полуметалл и подвергли его воздействию магнитного поля, в 900 000 раз сильнее магнитного поля Земли. В результате исследования было установлено, что странное поведение в полуметалле соответствует теоретическому полудираковскому фермиону. Исследование показало, что эти квазичастицы сначала движутся так, как будто у них нет массы, но затем, когда направление движения меняется, масса появляется. В данном случае полудираковские фермионы представляют собой очень массивные частицы. На данный момент ученые не могут полностью объяснить это явление и намерены продолжить свои эксперименты.