已檢測到一組稱為準粒子的粒子，當其沿一個方向移動時，其行為就好像具有質量，但當以直角移動時則變得無質量。儘管這聽起來不太可能，但發現它的科學家已經在考慮在電池和感測器中的應用。
這聽起來像是一個關於男孩樂隊成員放棄天主教而單飛的誇張笑話，但在 2008 年 9 月，獨立團隊提出了所謂的半狄拉克費米子；僅在一個方向上具有質量的準粒子。現在，這個違反邏輯的概念已被證明是真實的，存在於一種名為 ZrSiS 的晶體中（這個名字可能正在為我們所說的女團進行焦點小組測試）。
大多數亞原子粒子都有質量，無論是對電子而言較小，或是對電子而言較大。有一些是無質量的，就像光子一樣。長期以來，人們爭論是否是否有質量，但這種不確定性比在兩種狀態之間切換的東西更容易理解。
狹義相對論認為，以光速運動的物體一定是無質量的。這就是超光速旅行可能不可能的原因之一——如果你有質量，你就不能以光速旅行，而且我們不知道如何在不超過光速的情況下獲得比光速更快的速度。如果我們能夠短暫地擺脫質量來跨越宇宙速度極限，那就太好了，但這似乎不太可能。
然而，– 作為一個實體表現的粒子集合（至少在某些方面） – 可以表現出任何個體都不可能出現的集體行為。這使得研究人員提出了準粒子以光速傳播的可能性，因此在一個方向上沒有質量，但在另一個方向上移動得比光慢。然而，溫和地說，理論家的推測與實際發現之間往往存在差距。然而，在這種情況下，這一差距僅為 16 年。
「這完全出乎意料，」賓州州立大學的邵銀明博士在一篇文章中說道，值得慶幸的是，他看起來幾乎和我們其他人一樣困惑。陳述。 「當我們開始研究這種材料時，我們甚至沒有在尋找半狄拉克費米子，但我們看到了我們不理解的特徵——事實證明，我們第一次觀察到了這些野生準粒子，它們有時會像它們有質量，有時會像沒有質量一樣移動。
Shao 的團隊將紅外光照射在 ZrSiS 上，同時施加強大的磁場（這個過程稱為磁光光譜），並研究反射光。
ZrSiS 晶體冷卻後，它是一種邵說，它根據電流方向傳導或抵抗，接近絕對零度並使用世界上最強大的持續磁場，「我們正在研究光學響應，這種材料內部的電子如何響應光，然後我們研究了訊號從光中觀察材料本身及其基礎物理是否有任何有趣的地方。
研究小組看到的一些結果符合預期，但其他觀察結果讓物理學家感到困惑。
即使電子不繞原子運行，磁場也會量子化電子的位能水平，使中間能量變得不可能。能階之間跳躍的大小由場強和電子質量決定。有質量的費米子的能量水平與場強成正比。在石墨烯中，無質量費米子的能量躍遷隨著磁場的平方根而增加（即 B1/2）。在 ZrSiS 中，能階之間的間距與場的三分之二次方成正比（B2/3），這是對半狄拉克費米子的預測，儘管預計不會在這種環境中發生。
此時，邵和同事呼籲理論強化來理解他們的發現。
「想像一下，粒子是一列被限制在軌道網路中的微小火車，軌道網路是材料的基礎電子結構，」邵說。 「現在，在軌道的某些點相交，因此我們的粒子列車正以光速沿著其快速軌道移動，但隨後它遇到交叉點並需要切換到垂直軌道。突然，它遇到阻力，它具有質量。
邵先生對應用前景持樂觀態度，因為ZrSiS具有像石墨一樣的層狀結構。製造單原子厚石墨片的能力，更廣為人知的是，釋放了。
邵說：「一旦我們弄清楚如何對這種化合物進行單層切割，我們就可以利用半狄拉克費米子的力量，以與石墨烯相同的精度控制其特性。」然而，邵似乎一直在合作理論物理學家的一些世界觀可能已經影響了他，「但這個實驗最令人興奮的部分是數據還無法完全解釋，」他說。 “我們觀察到的現像中有許多未解之謎，所以這就是我們正在努力了解的。”
值得注意的是，半狄拉克費米子並不是沒有被發現，因為人們認為它們太不可能了，沒有人費心去尋找。相反，該團隊表示，準粒子存在的提議「激發了人們強烈的理論和實驗興趣」。人們希望在拉伸的石墨烯片中找到它們，但即使是這種眾所周知的堅固材料也無法承受那麼大的壓力。儘管如此，還有什麼可以更本著比你在尋找時找不到的準粒子，在進行完全不同的實驗時卻出現了？
該研究發表在開放獲取物理評論X。
