Półfermiony Diraca

Odkrycie nowych cząstek

Półfermiony Diraca to cząsteczki, które wcześniej istniały tylko w rozważaniach teoretycznych naukowców. Cały Wszechświat składa się z wielu cząstek elementarnych, a także każdy z nas. Co jakiś czas udaje się nam odkryć kolejne elementy tej ogromnej układanki jaką jest Wszechświat. I po raz kolejny odkryto coś czego nikt się nie spodziewał.

Tym odkryciem są półfermiony Diraca. Próba ich wyobrażenia sobie wymaga od nas naprawdę sporej wyobraźni. Dla wielu z nas może być to naprawdę trudne zadanie. Powodem tego jest ich najbardziej zaskakująca cecha. Dotyczy on tego, że cząstki te posiadają masę tylko w jednym kierunku, a w innym już nie. Do odkrycia tak niezwykłych cząstek doszło podczas prowadzenia eksperymentów z bardzo silnym magnesem.

Czy takie cząstki mogą istnieć?

W dziedzinie fizyki możliwe jest to, aby istniały cząstki, które nie posiadają masy. W takim przypadku ich energia pochodzi wyłącznie z ruchu. Efektem jest powstanie czystej energii poruszającej się z prędkością światła. Wśród takich cząstek obecnie możemy wyróżnić fotony.

Szczególna teoria Einsteina mówi o tym, że to co porusza się z prędkością światła, nie może posiadać masy. Jednak i w takim przypadku mogą się pojawić pewne wyjątki. Pojawia się tutaj pojęcie kwazicząstek. To właśnie one posiadają nieco odmienne właściwości. w ich przypadku wygląda to tak, że posiadają one masę tylko w jednym, określonym kierunku, a gdy weźmiemy pod uwagę inny kierunek to jakby jej nie miały.

Pierwsze teorie i odkrycie

Pierwsze przewidywania istnienia półfermionów Diraca były opisywane już pod koniec pierwszej dekady XXI wieku. Już wtedy przypuszczano, że mogą istnieć cząsteki, które zachowują się w ten sposób. Tak nietypowe właściwości cząstek bardzo zaciekawiły naukowców. Rozpoczęły się poszukiwania.

I tak przez przypadek udało się potwierdzić istnienie półfermionów Diraca. Podczas pracy naukowcy z Penn State University natknęli się na nowe cząstki. Wydarzenie to miało miejsce podczas badania kryształu polimetalicznego. Potocznie nazywany krzemkiem cyrkonu.

Do odkrycia doszło podczas badania kryształu z wykorzystaniem spektroskopii magnetooptycznej w bardzo silnym polu magnetycznym. Polega to na oświetleniu kryształu wiązką promieniowania podczerwonego, który jest umieszczony w silnym polu magnetycznym. W kolejnym kroku badacze muszą dokonać analizy światła odbitego. I to właśnie w tym momencie naukowcy zostali bardzo zaskoczeni. Okazało się, że w tym eksperymencie odkryli półfermiony Diraca.

Podczas badań wykorzystano magnes hybrydowy, który posiada możliwość wygenerowania pola magnetycznego 900 000 silniejszego od pola magnetycznego Ziemi. To połączenie pozwoliło dokonać odkrycia nowych cząstek.

Jak to działa?

Naukowcy podczas eksperymentu ustalili, że elektrony z kryształu tracą masę podczas poruszania się w jednym kierunku. Jednak, gdy ruch odbywa się prostopadle to cząstki zyskują masę. Występowanie tak nietypowego zachowania przypisuje się strukturze elektronicznej materiału, która tworzy ścieżki, na których elektrony zachowują się jak cząstki bezmasowe.

Warstwowa budowa struktury materiału jest bardzo zbliżona do grafitu i gar fenu. Naukowcy już teraz widzą duże szanse na rozwój pewnych technologii. Istnieją uzasadnione podejrzenia, że dalsze badania pozwolą na rozwój wielu produktów, zaczynając od akumulatorów, aż po urządzenia biomedyczne.

Półfermiony Diraca to bardzo duży krok w stronę rozwijania naszej wiedzy z zakresu świata kwantowego. Te mikroskopijne cząstki mogą nas doprowadzić do rozwoju rewolucyjnych technologii, na jakie świat czeka od dziesięcioleci.

• https://www.focus.pl/artykul/mb-cycles-stauffenberg-customowy-chopper

Data opublikowania: 2025-01-05

Autor: Dariusz Wojciech Ptaszyński