Подпишитесь на оповещения
от Газеты.Ru
Дополнительно подписаться
на сообщения раздела СПОРТ
Отклонить
Подписаться
Получать сообщения
раздела Спорт

Фермион Вейля не хуже бозона Хиггса

Ученые обнаружили частицу, предсказанную почти век назад

Григорий Колпаков 17.07.2015, 08:25
Увеличенная фотография кристалла с монеткой для понимания масштаба quora.com
Увеличенная фотография кристалла с монеткой для понимания масштаба

Предсказанная почти век назад квазичастица под названием «фермион Вейля» обнаружена учеными и может стать толчком к развитию электроники, в том числе и квантового компьютера.

Есть надежда, что в обозримом будущем электроника, в том числе и вычислительная, сможет перейти от электронов к другим носителям тока — несуществующим, но все-таки как бы имеющим место быть, то есть к так называемым квазичастицам, и тем самым крайне увеличит свое быстродействие. В данном случае имеются в виду квазичастицы под названием «фермионы Вейля», которые после 85 лет поисков были-таки обнаружены международной командой исследователей во главе с лабораторией Принстонского университета. Сообщение об этом появилось в последнем выпуске журнала Science, что уже само по себе говорит о важности открытия.

85 лет назад Герман Клаус Гуго Вейль, немецкий математик и физик-теоретик, в ходе дискуссии со своим коллегой по Высшей технической школе Цюриха Альбертом Эйнштейном по поводу фермионов — элементарных частиц с полуцелым спином, к которым, в частности, относится и электрон, — выдвинул гипотезу о существовании безмассового фермиона, причем с довольно фантастическими свойствами.

Будучи квазичастицей, фермион Вейля представляет собой некое локальное возмущение кристаллической решетки, которое передвигается по ней, словно частица. По идее Вейля такие фермионы могут появляться в кристаллах полуметаллов, причем эти кристаллы должны обладать особой асимметрией.

По словам одного из авторов статьи, пристонского профессора Захида Хасана, фермионы Вейля — очень странные частицы, обладающие свойствами, «которые даже трудно себе представить». Но что самое главное — эти фермионы с успехом могут заменить электроны в электрических цепях. Они ведут себя как безмассовые электроны и потому намного более подвижны. В отличие от электронов они не подвержены так называемому обратному рассеянию, при котором частица наталкивается на препятствие и теряется для тока, вдобавок генерируя тепло. Фермионы же Вейля просто проходят сквозь это препятствие, словно не замечая его, либо обтекают его.

«Они обходят препятствия, как будто в них встроен собственный GPS, — рассказал профессор Захид Хасан. — Они словно очень быстрые электроны, которые, подобно световому лучу, летят в одном направлении, они смогут очень пригодиться при создании новых типов квантового компьютера».

Описывая свои фермионы, Герман Вейль фактически описал структуру полуметаллического кристалла, в котором они могут возникнуть, и поэтому главная проблема для исследователей состояла в том, чтобы найти такой кристалл, если он вообще существует. Принстонская команда этот кристалл обнаружила и описала его за месяц до своего открытия: им оказался довольно экзотический арсенид тантала. Кристаллических форм у этого соединения мышьяка с танталом существует довольно много, и с помощью коллег из университетской лаборатории Джедуин Холл и принстонского Института науки и технологии материалов ученые выбрали из них нужную, с соответствующей асимметрией в нижней и верхней части кристалла. Оставалось создать этот кристалл и найти в нем искомые фермионы.

Кристалл был создан, протестирован с помощью двухэтажного сооружения под названием «сканирующий туннельный спектромикроскоп» и направлен в Калифорнию в Национальную лабораторию Лоуренса Беркли, где был помещен в ускоритель и просвечен пучком фотонов высокой энергии.

Форма, размер и направление луча, пронзившего кристалл, однозначно подтвердили теоретические предсказания о присутствии там фермионов Вейля.

Ученые в восторге, и даже не столько от открытия и перспектив, которые оно сулит в будущем, сколько от самого поиска фермионов Вейля.

Принстонский физик Су-Ян Сюй, возглавляющий исследование, утверждает, что впервые столкнулся с таким соединением теории и эксперимента.

«Наша работа сильно отличается от всего, что мы делали раньше. Обычно теоретики говорят, нам что возможно соединение с интересными свойствами, а тут мы сами и предсказали это соединение, и подтвердили правильность своего предсказания. Это было потрясающее соединение рационального, логического мышления и проблесков истинного вдохновения», — резюмировал исследователь.