Учени откриха частица без маса, която може да внесе революция в електрониката

След 85 години търсене учените най-сетне потвърдиха съществуването на частици без маса, наречени фермиони на Вейл. Те имат невероятната способност да се държат едновременно като материя и антиматерия в кристал и създават електрони без маса.

Откритието определено може да се нарече голямо, не само защото учените най-сетне попадат на доказателство за съществуването на частиците, които дълго време им убягваха, но и защото то проправя път на много по-ефективна електроника и нови видове квантови изчисления.

„Фермионите на Вейл могат да се използват за решаване на проблема със задръстванията, които се получават с електроните в електрониката – те могат да се движат по много по-ефективен и организиран начин от електроните,“ казва физикът и ръководител проучването М. Захид Хасан от Принстънския университет. „Те могат да доведат до нов тип електроника, която ние наричаме‚ Вейлтроника‘.“

Какво всъщност представляват фермионите на Вейл? Въпреки че в училище ни учат, че Вселената е изградена от атоми, от гледна точка на физиката на елементарните частици, всичко всъщност е направено от фермиони и бозони.

Екипът на Захид Хасан от Принстън

Казано на прост език, фермионите са градивните елементи, които изграждат цялата материя, като електроните, а бозоните са нещото, което пренася енергията – като фотоните (които нямат маса). Електроните са гръбначният стълб на днешната електроника и докато пренасят електрическия заряд много добре, те също така имат склонност да се блъскат един в друг и да се разпръскват, губейки енергия и отделяйки топлина. 

Но през 1929 г. немският физик Херман Вейл изказва теорията, че трябва да съществуват фермиони без маса – такива, които могат да пренасят електрическия заряд по-ефективно, отколкото обикновените електрони. Е, днес екип от Принстън е доказал това твърдение – фермионите на Вейл наистина съществуват. Всъщност учените демонстрират, че в тестова среда електроните на Вейл могат да пренасят заряд поне 1 000 пъти по-бързо от електроните в обикновените полупроводници, и два пъти по-бързо в чудодейния материал графен.
Те също така са много по-ефективни от електроните, защото спинът на частицата е едновременно в същата посока като движението й (която физиците наричат десничар) и противоположен на посоката (левичар). Това означава, че всички фермиони се движат по един и същ начин и могат да преминават и заобикалят препятствия, които разпръскват нормалните електрони.

„Все едно те разполагат с GPS и се насочват сами, без да се разпръскват,“ казва Хасан. „Те ще продължат да се движат в една посока, тъй като са или десничари, или левичари и никога няма да спрат, защото те просто си проправят път. Това са много бързи електрони, които се държат като ненасочени светлинни лъчи и могат да се използват за нови видове квантови изчисления.“

Най-интересното е, че учените откриват фермионите на Вейл в синтетични кристали в лабораторни условия, за разлика от повечето други нови частици като хигс бозона, който се наблюдава след сблъсъка на частици в адронен колайдер. Това означава, че изследването лесно може да се повтори и учените ще могат веднага да започнат да тестват различни начини за приложение на фермионите в електрониката.

Екипът открива частицата след специалното формулиране на полуметален кристал, наречен танталов арсенид, който преди това бе посочен от китайски учени като вероятния „дом“ на фермионите на Вейл. След откриването на следи от неуловимата частица в лабораторията на Принстън, учените занесли кристалите в лабораторията на Бъркли в Калифорния, където прекарали високоенергийни фотонни лъчи през тях. Следите от лъчите от другата страна потвърдили, че кристалите наистина съдържат фермиони на Вейл.

Фермионите на Вейл са квазичатици, т.е. те могат да съществуват само в твърди материали като кристала и не могат да съществуват самостоятелно като частици. Бъдещите изследвания ще помогнат на учените да разберат как тези нови частици могат да бъдат полезни на цялото човечество.

По статията работи: Величка Мартинова
Източник: thescireporter.com