Новая квантовая частица могла быть обнаружена случайно

По определению металлы и изоляторы очень разные, но теперь физики Принстона случайно обнаружили неожиданное квантовое поведение в изоляторе, который, как считалось, был уникальным для металлов. Находка предполагает совершенно новый тип квантовой частицы, которую команда называет нейтральным фермионом.

По сути, металлы проводят электричество, а изоляторы - нет. На молекулярном уровне это сводится к тому, насколько свободно электроны могут перемещаться через материалы - в металлах электроны очень подвижны, в то время как изоляторы, очевидно, имеют высокое сопротивление, которое не позволяет им сильно перемещаться.

В качестве побочного эффекта в металлах может наблюдаться явление, известное как квантовые колебания. Под воздействием магнитного поля при очень низких температурах электроны могут переходить в квантовое состояние, которое вызывает колебания удельного сопротивления материала. Однако в изоляторах этого не происходит, поскольку их электроны движутся не очень хорошо.

По крайней мере, это было обычным мышлением на протяжении большей части века. В новом исследовании исследователи из Принстона впервые случайно обнаружили квантовые колебания в изоляторе.

Команда работала с дителлуридом вольфрама, который в массе ведет себя как металл, но становится изолятором, когда его сбривают до двухмерной формы, такой как графен. При измерении удельного сопротивления однослойного материала в магнитном поле они обнаружили, что он начал колебаться.

"Это стало полной неожиданностью", - говорит Санфэн Ву, старший автор исследования. "Мы спросили себя: Что здесь происходит? Мы еще не до конца понимаем это".

Феномен не может быть объяснен существующими теориями, но исследователи выдвинули свою гипотезу. Они говорят, что колеблются не сами электроны. Скорее, сильные взаимодействия могут создавать новые квантовые частицы, которые демонстрируют наблюдаемый эффект.

Поскольку изоляторы блокируют свободное движение заряженных частиц, таких как электроны, эти новые частицы должны иметь нейтральный заряд. Эти гипотетические нейтральные фермионы могли бы затем демонстрировать наблюдаемые квантовые осцилляции.

"Если наши интерпретации верны, мы видим принципиально новую форму квантовой материи", - говорит Ву. "Сейчас мы представляем себе совершенно новый квантовый мир, скрытый в изоляторах. Возможно, мы просто упустили возможность идентифицировать их за последние несколько десятилетий".

Команда говорит, что необходимо будет провести дополнительную работу, чтобы проверить, существуют ли нейтральные фермионы или есть другое объяснение наблюдаемым странностям.

Напомним, ранее сообщалось, что бозон Хиггса застали в процессе невиданной трансформации.

Источник