Cercetătorii au descoperit în sfârșit prima particulă fără masă. Imagine via sciencealert.com
După 85 ani de căutări, cercetătorii au confirmat, pentru prima dată, existența unei particule fără masă numită fermionul lui Weyl. Capacitatea ei unică de a se comporta atât ca materie cât și ca antimaterie în interiorul unui cristal, îi permite să creeze electroni fără masă de 1.000 de ori mai eficienți față de cei tradiționali.
Descoperirea are o importanță covârșitoare nu numai pentru că avem în sfârșit o dovadă că acest tip de particulă există, ci și pentru că ea poate deschide calea pentru o electronică mult mai performantă, și pentru noi metode de calcul cuantic.
„Fizica fermionului lui Weyl este atât de ciudată, încât știm că s-ar putea crea multe lucruri din această particulă, însă sunt lucruri pe care nu putem pur și simplu să ni le imaginăm acum”, punctează M Zahid Hasan, profesor de fizică la Universitatea Princeton și șef al echipei de cercetare, citat de The Daily Star.
Există două tipuri de particule care alcătuiesc universul și tot ce există în el: fermioni și bosoni. În termeni simpli, fermionii reprezintă toate particulele care alcătuiesc materia (electronii, spre exemplu), iar bosonii sunt toate particulele care transportă forța (cum ar fi fotonii).
De obicei, fermionii – cum ar fi electronii – se pot ciocnii unii cu alții, pierzând energie, însă nu există doi fermioni care să aibă aceeași stare și aceeași poziție, în același timp. Cu toate acestea, fermionii Weyl, fiind lipsiți de masă, nu au astfel de restricții, scrie Gizmag.
Despre fermionii lui Weyl s-a discutat pentru prima dată în 1929, când fizicianul și matematicianul Hermann Weyl a teoretizat că ar putea exista fermioni lipsiți de masă, capabili să efectueze o sarcină electrică.
Fără masă, credea el, electronii creați din acest tip de fermioni ar fi în stare să poarte o sarcină electrică într-un circuit mult mai repede decât electronii obișnuiți.
De fapt, potrivit cercetării celor de la Princeton, curentul electric purtat de electronii lui Weyl, la teste făcute în laborator, este capabil să se deplaseze de două ori mai repede, și să fie transportat de către electroni în grafen, de cel puțin 1.000 de ori mai rapid decât în semiconductorii obișnuiți.
Echipa de cercetători care a descoperit particula fără materie. Imagine via gizmag.com
Echipa internațională, condusă de oameni de știință de la Universitatea Princeton, s-a folosit la cercetare de Institutul pentru Știință și Tehnologie a Materialelor Princeton (PRISM) și de Laboratorul pentru Materie Cuantică și Topologică, unde au analizat zeci de cristale, inclusiv cel numit tantal arseniu (un semi metal care are proprietăți de conductor și izolator), ca prim candidat în căutarea particulei teoretizate.
Bucățile mai mari ale acestui cristal au fost răcite până aproape de zero absolut, pentru ca profesorii să poată stabili dacă acestea corespund cu specificațiile ipotetice ale unui fermion Weyl.
După ce au trecut testele, echipa a dus cristalele la Laboratorul Național Lawrence Berkeley din California unde, cu ajutorul unui accelerator de particule, a fost confirmată în cele din urmă prezența fermionului Weyl, particulă căutată timp de mai bine de 85 de ani.
Hermann Weyl a vorbit inițial de fermionii care îi poartă numele ca să ofere un model alternativ la teoria relativității propusă de asociatul său Albert Einstein.
Și, deși ipoteza lui Weyl a pierdut în fața teoriei lui Einstein, ideea sa de particulă fără masă a continuat să-i chinuie fizicieni timp de decenii. În timp, unii oameni de știință au crezut că au descoperit particula mult căutată, însă s-a dovedit în cele din urmă că acestea aveau de fapt o cantitate mică de masă.
„După mai bine de 80 de ani, am putut observa că acest fermion era deja acolo, așteptând. Particula fără masă e piatra de temelie a tuturor electronilor! Este interesant că am putut face această descoperire urmând teoria lui Weyl din 1929”, spun oamenii de știință implicați în cercetare.
Echipa a inclus cercetători de la Departamentul de Fizică Princeton, Universitatea din Beijing, Universitatea Națională din Taiwan, Universitatea Națională din Singapore și Universitatea Northeastern.
Rezultatele cercetării au fost publicate recent în revista Science.
