ตรวจพบกลุ่มของอนุภาคที่เรียกว่า quasiparticle ซึ่งมีพฤติกรรมราวกับว่ามีมวลเมื่อเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียว แต่จะไม่มีมวลเมื่อเคลื่อนที่ในมุมฉาก ฟังดูไม่น่าจะเป็นไปได้ นักวิทยาศาสตร์ที่ตรวจพบว่ากำลังพิจารณาการใช้งานแบตเตอรี่และเซ็นเซอร์อยู่แล้ว
ดูเหมือนเป็นเรื่องตลกยืดเยื้อเกี่ยวกับสมาชิกของวงบอยแบนด์ที่ละทิ้งศาสนาคริสต์นิกายโรมันคาทอลิกในการออกผลงานเดี่ยว แต่ในปี 2018-2009 ทีมอิสระได้เสนอสิ่งที่เรียกว่ากึ่งดิแรกเฟอร์มิออน Quasiparticle ที่มีมวลในทิศทางเดียวเท่านั้น ตอนนี้แนวคิดที่ท้าทายตรรกะนี้ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีจริง และมีอยู่ภายในคริสตัลที่เรียกว่า ZrSiS (ชื่ออาจเป็นกลุ่มทดสอบสำหรับเกิร์ลกรุ๊ปในขณะที่เราพูด)
อนุภาคมูลฐานส่วนใหญ่มีมวล ไม่ว่าจะเล็กสำหรับอิเล็กตรอน หรือใหญ่กว่าสำหรับ- บางชนิดไม่มีมวลเหมือนโฟตอน เป็นเวลานานเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ว่าไม่มีมวลหรือไม่ แต่ความไม่แน่นอนนั้นง่ายต่อการเข้าใจมากกว่าสิ่งที่สลับไปมาระหว่างสองรัฐ
ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษถือว่าวัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสงจะต้องไม่มีมวล นั่นเป็นสาเหตุหนึ่งที่การเดินทางเร็วกว่าแสงอาจเป็นไปไม่ได้ ถ้าคุณมีมวล คุณจะไม่สามารถเดินทางด้วยความเร็วแสงได้ และเราไม่แน่ใจว่าจะเดินทางเร็วกว่านั้นได้อย่างไรโดยไม่ใช้ความเร็วแสง คงจะดีไม่น้อยหากเราสามารถกำจัดมวลของเราออกไปในช่วงสั้นๆ เพื่อข้ามขีดจำกัดความเร็วของจักรวาลได้ แต่ดูเหมือนว่าจะไม่น่าเป็นไปได้
อย่างไรก็ตาม,– การรวบรวมอนุภาคที่มีพฤติกรรมเป็นเอนทิตี (อย่างน้อยก็ในบางมาตรการ) – สามารถแสดงพฤติกรรมโดยรวมที่เป็นไปไม่ได้ในบุคคลใด ๆ สิ่งนี้ทำให้นักวิจัยเสนอความเป็นไปได้ของอนุภาคควาซิเพิลที่จะเดินทางด้วยความเร็วแสง ดังนั้นจึงไม่มีมวลในทิศทางหนึ่ง แต่เคลื่อนที่ช้ากว่าแสงในอีกทิศทางหนึ่ง อย่างไรก็ตาม มักเป็นช่องว่างระหว่างการคาดเดาของนักทฤษฎีกับสิ่งที่สามารถพบได้ อย่างไรก็ตาม ในกรณีนี้ ช่องว่างนั้นมีเพียง 16 ปีเท่านั้น
“นี่เป็นสิ่งที่คาดไม่ถึงเลย” ดร. หยินหมิง เชา จากมหาวิทยาลัยเพนน์สเตต ผู้ซึ่งโชคดีที่ดูเหมือนสับสนพอๆ กับพวกเราคนอื่นๆ กล่าวในแถลงการณ์คำแถลง- "เราไม่ได้มองหาเฟอร์มิออนกึ่งดิแรกด้วยซ้ำเมื่อเราเริ่มทำงานกับวัสดุนี้ แต่เราเห็นลายเซ็นต์ที่เราไม่เข้าใจ และปรากฎว่าเราได้ทำการสังเกตครั้งแรกเกี่ยวกับอนุภาคควาซิพพาเคิลตามธรรมชาติเหล่านี้ ซึ่งบางครั้งเคลื่อนที่ในลักษณะเดียวกัน พวกมันมีมวลและบางครั้งก็เคลื่อนไหวเหมือนไม่มีเลย”
ทีมงานของ Shao กำลังฉายแสงอินฟราเรดไปที่ ZrSiS ขณะใช้สนามแม่เหล็กอันทรงพลัง ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่าแมกนีโตออปติคัลสเปกโทรสโกปี และศึกษาแสงสะท้อน
หลังจากระบายความร้อนด้วยคริสตัล ZrSiS ซึ่งเป็นชนิดของที่นำหรือต้านทานขึ้นอยู่กับทิศทางของกระแส จนเข้าใกล้ศูนย์สัมบูรณ์และใช้สนามแม่เหล็กยั่งยืนที่ทรงพลังที่สุดในโลก Shao กล่าวว่า "เรากำลังศึกษาการตอบสนองทางแสง วิธีที่อิเล็กตรอนในวัสดุนี้ตอบสนองต่อแสง จากนั้นเราศึกษาสัญญาณ จากแสงเพื่อดูว่ามีอะไรน่าสนใจเกี่ยวกับตัววัสดุเอง หรือเกี่ยวกับฟิสิกส์ที่เป็นพื้นฐานของมันหรือไม่”
สิ่งที่ทีมเห็นบางส่วนตรงกับความคาดหวัง แต่ข้อสังเกตอื่นๆ ทำให้นักฟิสิกส์งุนงง
สนามแม่เหล็กจะวัดปริมาณระดับพลังงานศักย์ของอิเล็กตรอนแม้ว่าจะไม่ได้โคจรรอบอะตอมก็ตาม ทำให้พลังงานที่อยู่ระหว่างนั้นเป็นไปไม่ได้ ขนาดของการกระโดดระหว่างระดับต่างๆ จะขึ้นอยู่กับความแรงของสนามและมวลของอิเล็กตรอน เฟอร์มิออนที่มีมวลจะเพิ่มระดับพลังงานตามสัดส่วนโดยตรงกับความแรงของสนามไฟฟ้า ในกราฟีน เฟอร์มิออนที่ไม่มีมวลจะมีการเปลี่ยนผ่านพลังงานซึ่งเพิ่มขึ้นเมื่อรากที่สองของสนามแม่เหล็ก (เช่น B1/2- ใน ZrSiS ระยะห่างระหว่างระดับจะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนของสนามยกกำลังสองในสาม (B2/3) สิ่งที่คาดการณ์ไว้สำหรับเฟอร์มิออนกึ่งไดแรก แม้ว่าจะไม่คาดว่าจะเกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมนี้ก็ตาม
เมื่อมาถึงจุดนี้ Shao และเพื่อนร่วมงานได้เรียกร้องให้มีการสนับสนุนทางทฤษฎีเพื่อทำความเข้าใจกับสิ่งที่พวกเขาค้นพบ
“ลองจินตนาการว่าอนุภาคนั้นเป็นรถไฟขบวนเล็กๆ ที่จำกัดอยู่ในเครือข่ายรางรถไฟ ซึ่งเป็นโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์พื้นฐานของวัสดุ” Shao กล่าว "ตอนนี้ ณ จุดหนึ่งรางรถไฟตัดกัน ดังนั้นรถไฟอนุภาคของเรากำลังเคลื่อนที่ไปตามรางเร็วด้วยความเร็วแสง แต่แล้วมันก็ชนทางแยกและจำเป็นต้องเปลี่ยนไปใช้รางตั้งฉาก ทันใดนั้น รถไฟก็มีแรงต้านและมีมวล อนุภาคมีทั้งพลังงานทั้งหมดหรือมีมวลขึ้นอยู่กับทิศทางการเคลื่อนที่ของพวกมันตาม 'ราง' ของวัสดุ"
Shao มองในแง่ดีเกี่ยวกับการใช้งานเนื่องจาก ZrSiS มีโครงสร้างเป็นชั้นๆ เช่น กราไฟท์ ความสามารถในการผลิตแผ่นกราไฟท์หนา 1 อะตอม หรือที่รู้จักกันดีในชื่อได้ปลดปล่อยก-
“เมื่อเราทราบวิธีการตัดสารประกอบนี้เพียงชั้นเดียว เราก็สามารถควบคุมพลังของเฟอร์มิออนกึ่งไดแรก ควบคุมคุณสมบัติของมันด้วยความแม่นยำเช่นเดียวกับกราฟีน” Shao กล่าว อย่างไรก็ตาม ดูเหมือนว่า Shao จะร่วมมือกัน เพียงพอแล้วสำหรับนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่มุมมองบางส่วนเกี่ยวกับโลกของพวกเขาอาจกระทบใจเขา "แต่ส่วนที่น่าตื่นเต้นที่สุดของการทดลองนี้คือ ยังไม่สามารถอธิบายข้อมูลได้ครบถ้วน" เขากล่าว “สิ่งที่เราสังเกตเห็นมีความลึกลับที่ยังไม่ได้รับการแก้ไขมากมาย นั่นคือสิ่งที่เรากำลังดำเนินการเพื่อทำความเข้าใจ”
น่าสังเกตที่มันไม่ใช่ว่าไม่พบเฟอร์มิออนกึ่งดิแรกเพราะว่าพวกมันไม่น่าจะมีใครสนใจที่จะมองหา ทีมงานกล่าวว่าข้อเสนอของการดำรงอยู่ของอนุภาคควาซิพติเคิล "จุดประกายความสนใจทางทฤษฎีและการทดลองอย่างเข้มข้น" มีความหวังว่าจะพบพวกมันในแผ่นกราฟีนที่ยืดออก แต่ถึงแม้วัสดุที่แข็งแกร่งอันโด่งดังก็ไม่สามารถทนต่อความเครียดได้มากขนาดนั้น ถึงกระนั้น อะไรจะยิ่งไปกว่านั้นในจิตวิญญาณของกว่า quasiparticle ที่คุณไม่สามารถหาได้เมื่อมองหา และนั่นจะเกิดขึ้นเมื่อทำการทดลองที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง
การศึกษานี้เผยแพร่แบบเปิดในการตรวจร่างกาย X-
