Открытие безмассовой частицы может серьезно ускорить электронику

23 Июля 2015, Илья Хель 45

Экзотическая частица, предположенная более 85 лет назад, наконец открыта. Названная «фермионом Вейля», она является странной, но стабильной частицей, не имеющей массы, ведет себя как материя и антиматерия в кристалле и, как утверждают, может создавать полностью безмассовые электроны. Ученые считают, что новая частица может привести к появлению сверхбыстрой электроники и продвинуть нас еще глубже в мир квантовых вычислений.

Фермионы Вейля

Есть два типа частиц, которые составляют Вселенную и все в ней: фермионы и бозоны. Если просто, фермионы — это частицы, из которых состоит материя (электроны, например), а бозоны — частицы, которые переносят силу (вроде фотонов). Обычно фермионы типа электронов могут сталкиваться друг с другом, теряя энергию, и никакие два фермиона не могут пребывать в одном состоянии в одной позиции в одно время. Но у фермионов Вейля, поскольку они безмассовые, таких ограничений нет.

Впервые фермионы Вейля начали обсуждать физики в 1929 году, с подачи физика и математика Германа Вейля, который предположил, что могут существовать безмассовые фермионы, способные переносить электрический заряд. Без массы, считал он, электроны, созданные из фермионов Вейля, смогут переносить электрический заряд в цепи гораздо быстрее, чем обычные электроны. По факту, в соответствии с последними исследованиями, электрический ток, переносимый электронами Вейля, в испытательной среде может двигаться в два раза быстрее, чем переносимый электронами в графене, и в 1000 раз быстрее, чем в обычных полупроводниках.

Фермионы Вейля

Международная группа ученых под руководством Принстонского университета науки и технологии материалов (PRISM) и Лаборатории топологической квантовой материи и спектроскопии изучила множество кристаллических образований, прежде чем выбрала асимметричный кристалл арсенида тантала (полуметалла, который обладает свойствами как проводника, так и изолятора) в качестве ведущего кандидата в охоте за теоретической частицей.

Кристаллы арсенида тантала, охлажденные почти до абсолютного нуля, поместили в сканирующий туннельный спектромикроскоп, чтобы посмотреть, будут ли они соответствовать гипотетическим характеристикам для размещения фермионов Вейля. Затем, когда кристаллы прошли испытание, команда передала их в Национальную лабораторию Лоуренса в Беркли, Калифорния, где через них пропустили пучок высокоэнергетических фотонов. Этот тест, наконец, подтвердил существование искомых фермионов Вейля.

«Характер этого исследования, как выяснилось, серьезно отличается в лучшую сторону от большинства других работ, которые мы делали ранее, — говорит Су-Ян Сюй, научный сотрудник Принстона. — Как правило, теоретики говорят нам, что некоторые соединения могут демонстрировать новые или интересные свойства, а мы, как экспериментаторы, проверяем это на практике. В этом случае мы сами себе придумали теоретический прогноз, а затем провели эксперименты. Это сделало финальный успех еще более захватывающим и удовлетворяющим, чем раньше».

Как квазичастица — частица, которая пребывает внутри твердого вещества (в данном случае), но действует так, будто она слабо взаимодействующая частица в свободном пространства — фермион Вейля безмассовый и обладает высокой степенью мобильности. Поскольку спин частицы направлен в обоих направлениях, когда она движется «по правую руку» и «по левую руку», как говорят физики, она может преодолевать препятствия, которые замедляют обычный электрон.

«У них словно есть свой GPS, который управляет ими без рассеяния, — говорит физик Принстонского университета Захид Хасан. — Они будут двигаться только и только в одном направлении, поскольку являются правшами и левшами, и никогда не придут к концу, потому что они просто туннелируют. Это очень быстрые электроны, которые ведут себя подобно однонаправленным лучам света, они могут быть использованы для новых типов квантовых вычислений».

Изначально Вейл считал свой фермион частью альтернативной модели теории относительности, предложенной его коллегой Альбертом Эйнштейном. И хотя гипотеза Вейля проиграла гипотезе Эйнштейна, идея его теоретической частицы продолжала мучить физиков много лет после этого. Тем не менее, будучи сугубо «теоретической» частицей, даже если обнаруживались намеки на фермион Вейля, их списывали на ошибочные проявления нейтрино. Оглядываясь назад, можно предположить, что то были действительно фермионы Вейля, так как в 1998 году было обнаружено, что нейтрино обладают небольшой массой.

«Люди решили, что хотя теория Вейля не применяется к теории относительности или нейтрино, она относится к основной форме фермионов и обладает странностями и хорошими свойствами, которые могут быть полезны, — говорит Хасан. — Спустя более чем 80 лет мы обнаружили, что этот фермион ждал нас. Это самый базовый строительный блок всех электронов. И очень круто, что мы наконец вывели его из теоретического рецепта Вейля 1929 года».

45 комментариев Оставить свой

  1. BATOU

    Круть))

  2. tabasko

    Ну вот и дождались! Кто- то помню спорил что грань между массой и энэргие невозможна?...

    • tabasko

      tabasko, Осталось преодолеть скорость света!

      • tarkit

        tabasko, опять же, то что она без массы не доказано, это пока предположение, и причем даже не гипотеза.
        У нейтрино тоже сначало не обнаружили массы, а потом улучшив технику ее измеряющую нашли таки массу. так же и тут будет. уверен в этом.
        А так, да, очень круто.

      • tarkit

        tabasko, может и преодолели уже) вот только не говорят публике ибо нужно будет столько моделей и наук перестраивать тогда

    • Taras-proger

      tabasko, А разве она возможна? Об энергетическом спектре чудо-юда речи не было, а энергию они не теряют потому, что не имеют, а вовсе не по тем же причинам, что и бозоны. И при любой амплитуде сколь угодно беспорядочных движений всё равно находятся только при абсолютном ноле.

  3. tabasko

    Как я и предпологал БАК для этого не потребуется!

    • Sommer

      tabasko, да кому нужен этот БАК.

      • kot...

        Sommer, Ага и не вломили на строительство сией машины много миллиардов и пару десятков лет, но добились реально потрясающего результата

      • tabasko

        Sommer, Не ну вам то не знать что благодаря ему были доказанны все массовые частицы а вот с без массовыми вышло что их просто не разогнать. И есть ещё способ как проверить безмассовость частиц только доказать осталось.

      • Taras-proger

        Sommer, А тебе и комп не нужен.

  4. DSS

    Очень круто!)) бывшее предположение стало фактом))

  5. Solver

    Не там ищем. Надо итти к вознесению. ))

    • tarkit

      Solver, а по подробнее?

    • DSS

      Solver, Как вознесешься отпишись))

      • Solver

        DSS, Я рад начавшейся дискуссии. А то больно скучно было...

      • tabasko

        DSS, + а у меня другой вопрос как давно вы закидывали голову назад для того что бы от души посмеяться?

        • Solver

          tabasko, Наверно, давно. Вы правы, чёрт возьми. Но, я просто вспомнил труды Циолковского про энергетического человека.

        • tarkit

          tabasko, прочитал и закинул))) вспомнил как это расслабляет))) спасибо человечеще))

        • tarkit

          tabasko, прочитал и сделал) спасибо

          • tabasko

            tarkit, А пожалуйста, пользуйтесь чаще!

        • Solver

          tabasko, Да, уложил детей, мальчик и мальчик . Пошел на кухню, сел блин и рассмеялся.

          • tabasko

            Solver, А я на работе спину сорвал, иду домой еле еле (для тех кто в танке это когда спина болит так что не разогнуться и идёшь как обделанный) жена зная что мне хреново говорит - давай бегом! а я ей - ща лом из жопы вытащу и прибегу, вот поржал отдуши сней, а она в конце говорит - картошки купи, марковки, воды мне газированной, курицу,молоко и сметану, - я ещё раз поржал...

  6. aquavis

    Бред. Если есть энергия, значит есть масса.

    • BATOU

      aquavis, Да ну? Выступите с этим на любом ежегодном симпозиуме, выложите на ютуб - поржем.

    • BATOU

      aquavis, Все безсмассовые частицы бред, да? Не путайтесь в терминах. Фотон также не имеет ни массы ни энергии в сотоянии покоя и "существует" только пока движется.

      • Taras-proger

        BATOU, Фотон не имеет только массы покоя, но почему то отлично притягивается к Солнцу и прочим гравитационным линзам, следовательно массу имеет. И даже может терять энергию, выбираясь из гравитационной ямы. А тут частица, которой при взаимодействии с кристаллической решёткой терять просто нечего. Сверхпроводящий фермион. Чудо-юдо не виданное.

    • Taras-proger

      aquavis, А кто сказал, что есть энергия?

  7. 0.5l

    хрень какая-то
    её даже пнуть нельзя
    в смысле, придать импульс

    • physic

      0.5l, Законы классической механики в этом мире применять нельзя

    • Taras-proger

      0.5l, Импульс? Или скорость? Вот в чём вопрос.

  8. tarkit

    Народ) немного оффтопа, в связи с принятыми законами в РФ надо будет платить за кап ремонт домов, всех, новых старых не важно) Живу в 5ти этажке, приверно 1940 -50 года постройки в нормальном состоянии, так вот в плане кап ремонта на сайте мой дом начнут ремонтировать к 2018 году на собранные домом деньги по 15р за кв.м и то только трубы с горячей и холодной водой а фасады аж в 2029))) вопрос - если мой дом числится в списках на снос к 2026 году как его будут ремонтировать в 2029? и простоит ли он?)

    • BATOU

      tarkit, Я думаю вы сами прекрасно знаете ответ на свой вопрос))

    • BATOU

      tarkit, В России пока "как должно быть" не = "как будет".

    • Jen Shrader Lawrence

      tarkit, Смотри как бы раньше еще не снесли) Хотя навряд ли. Как я понял платить надо будет вам, да? Т.е. они на вас наживутся, а потом как и положено снесут)

      Да и вообще, интересно. Вот его будут сносить в 2026. А зачем тогда его ремонтировать? Ну, если только дела совсем прям плохи

      • Jen Shrader Lawrence

        Jen, И деньги в никуда уйдут

      • Taras-proger

        Jen, А потом построят на его месте другой и на бумаге отремонтируют. А деньги то соберут на самом деле. А строительство окупят продажей квартир. Ну ка какой начальник ЖКХ района где нибудь в Израиле ежегодно отдыхает в Куршавеле? Там это не возможно, это эксклюзивный восточно-славянский фокус.

    • mr Vanya

      tarkit, Просто забей.
      Если будет "как на западе". То Люди просто платят так называемый кондо фи не задумываясь. Своя психика себе дороже.
      В основном в новом многоквартирном доме кондо фи приблизительно процент в год от стоимости квартиры. Со временем, среднерыночная стоимость (с учётом коррекции рынка недвижимости) на старое кондо падает, а кондо фи неизбежно растёт. Когда вас это перестаёт устраивать, просто продаёте старое кондо и покупаете в новостройке, ну или выезжаете в частный дом за город.
      Т.е. из примеров допустим новая трёшка стоит 400 тысяч баксов, значит кондо фи будет приблизительно 400 баксов в месяц. При этом в старой многоэтажке по соседству, такая же квартира будет стоить 300 тысяч, но кондо фи уже 600 баксов в месяц. Таким образом всё саморегулируется.

      Переезжай!

  9. mcyama

    Те деньги пойдут на кап ремонт нового дома, куда вас переселят после сноса старого

    • Jen Shrader Lawrence

      mcyama, Ага, который тоже через десяток лет снесут))))

  10. heh

    Ого, такую тему перевели на домострой... Да простят меня администраторы за продолжение сего.

  11. M77x

    Закинулся блинчиками со сметаной, попинал старый дом и сел ваять сие сообщение. Есть ли частицы которые в общем не частицы, а типа они и есть, но их как бы и нет? ну по идее должно было бы быть (бить, страдать, садизм). Ох и блинчики кроют или сметана старая?
    Ну а если сурьезно, давайте вспомним старый детский фокус на сообразтельность: как положить 6 спичек, чтобы получить 4 равносторонних треугольника? Для тех у кого 2 в зачетке - на пересдачу )) Те, кто вспомнил или додумал респект! правильно, спички надо положить в пространстве в виде пирамиды.
    Теперь о теме: "Открытие безмассовой частицы" - та… то ж мне задача - древние египтяне и то с ней спокойно справлялись выложив нам несколько своих пирамидок. Еще древнее пирамиды Китая, а еще древнее пирамиды Антарктиды. Правильно мыслите дорогой товарисч, "старый дом". Что, еще не знали? Два за семестр и перевод на платное отделение.
    Тем, кто интересовался данным видом построений лачуг в виде пирамид, ннаверное знаком принцип перемещения. Как сейчас помню, был жрец, мазал какую-то мастику, прикладывал скрижали, пару ударов в бубен и поплыл 20-ти тонный блок яко пушинка, только недолго, действие кокса расчитано на 20 минут, потом 20 тонн падали под своим весом.
    Египтяне просрали эти скрижали, они обычно около главного входа хранились, а вот в Сияне (Китай), одна поломанная осталась. Остальные пирамиды отрыть в лом, так как замаскированы они под горы. А в Антарктиде наступил холод. Подождем еще полтора десятка лет, чтобы магнитная ось Земли наконец-то сместилась, тогда и вращение изменится и будет лет через 50 на Антарктиде курорт типа Гаваев. Потом покажутся пирамиды, но там и скрижали можно отжать будет у пингвинов (накой они им).
    Таки шо за фокус с скрижалями и мастикой? Никакого форуса нет, обычный шпек криссталлов в 4-х мерном пространстве. Мастика - обычный воск с клеящимся и быстрокристаллизующимся веществом, типа клея "супермомент" в наши дни. Что он дает? а, да ничего особенного - этот новообразованный кристалл под действием шпека притягивал частицы из многомерного пространства в наше 3-хмерное субпространство. Обычные вещества с положительной гравитацией, но отрицательной массой. Отрицательная масса возникала из векторного смещения 4-го измерения. Такие вещества в настоящее время встречаются в Драконовых горах в ЮАР. Но египтянам не везло с самого начала, из-за нестабильной субстанции из клея "супермомент", кристаллы распадались. В ЮАР где данные кристаллы из твердых пород и более стабильны можно отыскать в достаточном количестве.
    Теперь сам шпек или скрижаль, как его обозвал выше. Це шо ж за такэ? На этот вопрос лучше всего ответит энтмология. Именно у некоторых видов насекомых крылья состоят как раз из 4-х мерных элементов. Маленькая масса и маленький размер насекомого по нашим оценкам не очень сильно искажает темпоральное смещение, поэтому нам не особенно заметны парадоксы. Но спросите любого энтомолога и он расскажет вам такие обыкновенные чудеса, о которых современные физики читали только разве что в НФ романах.
    Лет *дцать назад, в школе загнул теорию, за получил по физике неуд за полугодие. Вот недавно нашел подтверждение того, о чем чувствовал. Но физику и теоретические основы не забросил, и открытия, которые для меня являются обыденным предстоит еще сделать науке лет через *сот. Кому интересно, пишите - отвечу.

    • cats.can.fly

      M77x, #многабукав #иващепростыня

  12. Taras-proger

    Буду теперь ждать комп, которому энергия требуется только для ввода/вывода, а фоновые расчёты полностью энергонезависимы.

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.