物理學家發現了模仿假設的暗物質軸的準粒子

2020-12-03 一季櫻花落雨雨

一個難以捉摸的假設粒子以模仿形式出現。

物理學家Johannes Gooth及其同事於10月7日在線發表在《自然》雜誌上，在固態晶體中潛伏著一種現象，該現象在數學上類似於擬議的亞原子粒子，稱為軸子。

如果軸作為基本粒子存在，它們可能構成宇宙中暗物質的隱藏形式。科學家知道暗物質由於其引力而存在，但他們尚未確定其含義。軸子是一種可能，但是還沒有人發現粒子（SN：4/9/18）。

輸入模仿者。晶體中的軸離子類似物是一種準粒子，是一種可以模仿像軸離子這樣的基本粒子的材料擾動。準粒子是由固體材料中電子的協調推擠產生的。這有點像鳥群中的鳥似乎通過同步其運動而呈現出新的形態。

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軸力首先是在量子色動力學的背景下提出的，量子色動力學是解釋夸克，包含在質子內部的微小粒子的行為的理論。軸心和它們的新摻雜物「在數學上是相似的，但在物理上是完全不相關的，」加利福尼亞門洛帕克的SLAC國家加速器實驗室的理論物理學家海倫·奎因說，他是形成軸心理論的科學家之一。這意味著科學家們離解決暗物質問題的距離越來越近了。

儘管如此，這項新的研究還是首次揭示了該現象具有超越單純方程式的準粒子形式的壽命。「這真是令人驚訝，」德國德勒斯登馬克斯·普朗克固體化學物理研究所的Gooth說。從某種意義上講，軸距的概念是一個非常數學的概念，但實際上仍然存在。

在這項新研究中，研究人員從一種寄有一種準粒子的材料開始，這種準粒子被稱為Weyl費米子，其行為就像無質量的一樣（SN：7/16/15）。當材料冷卻時，Weyl費米子會鎖定到位，形成晶體。這導致電子的密度在整個材料上以規則的模式變化，就像固定的電荷波一樣，波中的峰值對應於更多的電子，而下降則對應於更少的電子。

向晶體施加平行的電場和磁場會導致波來回晃動。研究人員說，晃動在數學上等同於軸。

為了確認晃動的發生，研究小組測量了通過晶體的電流。隨著研究人員提高電場強度，該電流迅速增長，其方式就像是軸突準粒子的指紋。

如果科學家改變磁場的方向，使其不再與電場對準，則電流的增強增長將消失，這表明軸突準粒子消失了。「這種材料的行為完全符合您的預期，」 Gooth說。

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