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文章作者:Lily | 2016-06-13
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国际研究组猜想,在碲化钨 (WTe2)金属中存在一种名为第二类外尔费米子的新型粒子。根据研究人的断定,新型粒子存在于二碲化钨中。他们将之比方“物质宇宙”,由于它包含几种不合的粒子,有些粒子存在于我们的宇宙中,其他的能够只存在于某些特别的晶体中。

这类新发明的粒子是威尔费米子的表亲,也是标准量子场论的粒子之一。该项研究由普林斯顿大年夜学物理系副传授B.安德烈·百奈威、瑞士苏黎世联邦技巧研究所的马提亚·特耶罗和阿列克谢·索卢亚诺夫和中国迷信院物理研究所的戴希牵头,团队成员有普林斯顿大年夜学博士后研究助理王志军和瑞士苏黎世联邦技巧研究所博士后研究助理吴全胜,和瑞士苏黎世联邦技巧研究所的研究生多米尼克·格莱琴。

研究人员称,85年前量籽实际刚起步时,物理学家赫尔曼·威尔未能发明这类粒子,是由于它的存在背背了洛伦兹对称的基来源基本则。

相对量子场实际描述了我们宇宙中的粒子,该实际结合了量子力学和爱因斯坦的相对论。根据这一实际,固体是由原子构成的,原子是由电子环绕原子核活动构成的。由于相对数量的电子之间相互感化,所以根本弗成能应用量子力学实际完全处理固体中多电子活动的困难。原文地址:https://www.pursueideal.com/article/201606/1136.html

我们关于物质的现有知识都源于一个简化的不雅点:固体中的电子都被描述成一种特别的、不与其他粒子相互感化的粒子——准粒;而在等效磁场中,由带电实体创造的叫离子和电子。这些准粒子被称作布洛赫电子,也是费米子。

正如电子是物质宇宙中的一种根本粒子,我们可以将布洛赫电子看作固体中的根本粒子。换言之,对它们本身的根本粒子来讲,晶体本身就成了“宇宙”。

近年来,研究人员发明这类“物质宇宙”可以承载相对量子场论中的一切粒子,并在这类物质中发清楚明了三种准粒子:狄拉克费米子、马约拉纳费米子和威尔费米子。虽然在长时间的实验中两种粒子照样不见踪迹,然则这也为应用相对较低的费用在这些凝集态晶体中停止小范围实验、模仿量子场实际的某些特定猜想开辟了途径。

百奈威说:“假设一小我的想象力可以或许更进一步,就会想知道那些相对量子场实际尚不知晓的粒子能否可以涌如今凝集态的物体中。”按照这些研究人员的说法,有来由信赖这是有能够的。

由量子场实际描述出来的宇宙是遭到特定规矩集和对称性(即洛伦兹对称)严格束缚的,这是高能粒子的特点。但是洛伦兹对称其实不实用于凝集态物体,由于固体中典范电子的运转速度比光速慢很多,这就使凝集态物体物理学成为低能实际。

索卢亚诺夫说:“能够会有人想,某些物质中的非相对根本粒子能否有能够不符合洛伦兹对称的准绳。”

这项研究的成果给了这个成绩一个肯定的答案。这项任务开端于2014年11月,当时索卢亚诺夫和戴希正在拜访普林斯顿大年夜学的百奈威,他们的评论辩论转向了磁场中特定金属那些史无前例的、奇怪的运转状况(研究结论发表于《天然》杂志2014年第514期,201页至208页)。实验物理学家曾经在一些物质中不雅察到了这类行动,然则还要做很多任务才能肯定它实在实际上是跟一种新型粒子接洽在一路的。

研究人员发明,固然相对论只许可存在一种威尔费米子,然则在凝集态固体中,能够存在两种完全不合的威尔费米子。标准的I型费米子在零点能下有两种存在状况,这和电子只能高速地向上或许向下改变类似。这类威尔费米子存在于相对场论中,也是在保持洛伦兹不变性的情况下唯一被许可存在的费米子。

早先猜想出的Ⅱ型威尔费米子在零点能下有一个热力动力学数量的存在状况。它有费米面。它的费米面实际上是外来的,在费米面中,它和触点一路涌如今电子和电洞口袋之间,付与Ⅱ型威尔费米子一种无限密度的状况,也就打破了洛伦兹对称性。

这项发明开启了很多新的偏向。大年夜多半正常金属处于磁场中时电阻率都邑增大年夜,这个已知的感化也被广泛应用于现代科技。普林斯顿大年夜学和英国皇家物理学会北京分会的两组实验成果显示,假设电场和磁场感化于同一偏向,电阻率其实可以减小。这类感化被称为负纵向磁电阻。包含Ⅱ型威尔费米子的物质有着混淆的运转状况:若它和磁场偏向雷同,则和正常金属一样电阻率增大年夜;若偏向不合,则可以像在威尔半金属中一样电阻率减小。这也供给了很多潜伏的应用于材料研发的能够。

研究人员称:“更引人入胜的是能在其他凝集态体系中发明更多的根本粒子。还有甚么其他粒子隐蔽在这些‘物质宇宙’中呢?其实,存在于物质中的那些令人意想不到的费米子才方才开端‘浮出水面’呢!”

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恩利克·费米,美籍意大年夜利有名物理学家,1938年诺贝尔物理学奖得主。费米引导一个研究小组在芝加哥大年夜学建立了人类第一台可控核反响堆,人类从此迈入原子能时代。

费米在实际和实验方面都有第一流的建树,这在现代物理学家中是寥寥可数的。100号化学元素镄、有名的费米实验室、芝加哥大年夜学的费米研究院,和原子核物理学中应用的费米单位都是为纪念他而定名的。费米人生的最后几年,重要从事高能物理研究。1949 年,他提醒了宇宙射线华夏粒子的加快机制,研究了π介子、μ子和核子的相互感化,提出宇宙射线来源实际。19 52年,他发清楚明了第一个强子共振——同位旋四重态。1949年,他与杨振宁协作,提出根本粒子的第一个复合模型。

费米面是指在相对零度下,波矢空间(波矢是波的矢量表示办法。波矢是一个矢量,其大年夜小表示波数,其偏向表示波传播的偏向。波矢有两种罕见的定义,差别在于振幅因子能否乘以2π,分别用于物理学和晶体学和它们的相干范畴)中电子占据态与未占据态之间的分界面。根据量子力学实际,具有半奇数自旋量子数的费米子,如电子,遵守泡利不相容道理(一个量子态只能被一个粒子所占据),是以,费米子在能级中的分布遵守费米—狄拉克分布。一个由无相互感化的费米子构成的体系的基态模型可按照以下办法构造:从无粒子体系开端,将粒子逐一填入现存未被占据的最低能量的量子态,直到一切量子态全部填完。此时,体系的费米能就是占据最高分子轨道的能量,费米面则是波矢空间中费米能量构成的外面。实际上,晶体的能带构造非常复杂,照应的费米面外形也很复杂,最简单的情况是幻想费米球的费米面。可用来丈量金属费米面的实验技巧有磁阻效应、回旋共振等。


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