已检测到一组称为准粒子的粒子，当其沿一个方向移动时，其行为就好像具有质量，但当以直角移动时则变得无质量。尽管这听起来不太可能，但发现它的科学家已经在考虑在电池和传感器中的应用。
这听起来像是一个关于男孩乐队成员放弃天主教而单飞的夸张笑话，但在 2008 年 9 月，独立团队提出了所谓的半狄拉克费米子；仅在一个方向上具有质量的准粒子。现在，这个违反逻辑的概念已被证明是真实的，存在于一种名为 ZrSiS 的晶体中（这个名字可能正在为我们所说的女团进行焦点小组测试）。
大多数亚原子粒子都有质量，无论是对于电子而言较小，还是对于电子而言较大。有一些是无质量的，就像光子一样。长期以来，人们争论是否是否有质量，但这种不确定性比在两种状态之间切换的东西更容易理解。
狭义相对论认为，以光速运动的物体一定是无质量的。这就是超光速旅行可能不可能的原因之一——如果你有质量，你就不能以光速旅行，而且我们不知道如何在不超过光速的情况下获得比光速更快的速度。如果我们能够短暂地摆脱质量来跨越宇宙速度极限，那就太好了，但这似乎不太可能。
然而，– 作为一个实体表现的粒子集合（至少在某些方面） – 可以表现出任何个体都不可能出现的集体行为。这使得研究人员提出了准粒子以光速传播的可能性，因此在一个方向上没有质量，但在另一个方向上移动得比光慢。然而，温和地说，理论家的推测与实际发现之间往往存在差距。然而，在这种情况下，这一差距仅为 16 年。
“这完全出乎意料，”宾夕法尼亚州立大学的邵银明博士在一篇文章中说道，值得庆幸的是，他看起来几乎和我们其他人一样困惑。陈述。 “当我们开始研究这种材料时，我们甚至没有在寻找半狄拉克费米子，但我们看到了我们不理解的特征——事实证明，我们第一次观察到了这些野生准粒子，它们有时会像它们有质量，有时会像没有质量一样移动。”
Shao 的团队将红外光照射在 ZrSiS 上，同时施加强大的磁场（这一过程称为磁光光谱），并研究反射光。
ZrSiS 晶体冷却后，它是一种邵说，它根据电流方向传导或抵抗，接近绝对零并使用世界上最强大的持续磁场，“我们正在研究光学响应，这种材料内部的电子如何响应光，然后我们研究了信号从光中观察材料本身及其基础物理是否有任何有趣的地方。”
研究小组看到的一些结果符合预期，但其他观察结果让物理学家感到困惑。
即使电子不绕原子运行，磁场也会量子化电子的势能水平，从而使中间能量成为不可能。能级之间跳跃的大小由场强和电子质量决定。有质量的费米子的能量水平与场强成正比。在石墨烯中，无质量费米子的能量跃迁随着磁场的平方根而增加（即 B1/2）。在 ZrSiS 中，能级之间的间距与场的三分之二次方成正比（B2/3），这是对半狄拉克费米子的预测，尽管预计不会在这种环境中发生。
此时，邵和同事们呼吁理论强化来理解他们的发现。
“想象一下，粒子是一列被限制在轨道网络中的微小火车，轨道网络是材料的基础电子结构，”邵说。 “现在，在轨道的某些点相交，因此我们的粒子列车正以光速沿着其快速轨道移动，但随后它遇到交叉点并需要切换到垂直轨道。突然，它遇到阻力，它具有质量。这些粒子要么全是能量，要么具有质量，具体取决于它们沿着材料‘轨道’运动的方向。”
邵先生对应用前景持乐观态度，因为ZrSiS具有像石墨一样的层状结构。制造单原子厚石墨片的能力，更广为人知的是，释放了。
邵说：“一旦我们弄清楚如何对这种化合物进行单层切割，我们就可以利用半狄拉克费米子的力量，以与石墨烯相同的精度控制其特性。”然而，邵似乎一直在合作理论物理学家的一些世界观可能已经影响到了他，“但这个实验最令人兴奋的部分是数据还无法得到完全解释，”他说。 “我们观察到的现象中有许多未解之谜，所以这就是我们正在努力了解的。”
值得注意的是，半狄拉克费米子并不是没有被发现，因为人们认为它们太不可能了，没有人费心去寻找。相反，该团队表示，准粒子存在的提议“激发了人们强烈的理论和实验兴趣”。人们希望在拉伸的石墨烯片中找到它们，但即使是这种众所周知的坚固材料也无法承受那么大的压力。尽管如此，还有什么可以更本着比你在寻找时找不到的准粒子，而在进行完全不同的实验时却出现了？
该研究发表在开放获取物理评论X。
