Nehmotná častica - rýchlejšia elektronika?

Jadrová fyzika považuje za fermióny všetky častice, ktoré sa správajú podľa Fermiho-Diracovho rozdelenia a platí pre ne Pauliho vylučovací princíp. Patria k nim elementárne častice, ako elektrón, ale aj zložené častice, ako napr. protón. Podľa teórie spinového rozdelenia sú častice s celočíselnou hodnotou spinu bozóny a častice so spinom s hodnotou n.1/2 sú fermióny. Fermióny sú všetky častice, ktoré tvoria hmotu a bozóny sú všetky častice, ktoré nesú sily (napríklad fotóny).

Zvyčajne sa dva fermióny (napr. elektróny) navzájom zrážajú, čo sprevádza strata energie a žiadne dva fermióny nemôžu zdieľať rovnaký stav v rovnakej polohe a v rovnakom čase. Weylove fermióny, ktoré sú bez hmotnosti, však takéto obmedzenie nemajú.

Za kandidáta na detekovanie hypotetickej častice vedci už dlhšie považovali kryštál arzenidu tantalitého. Vedci z Princeton's Department of Physics v spolupráci s kolegami z Peking University, National Taiwan University, National University of Singapore, Oak Ridge National Laboratory a Northeastern University vytvorili syntetický kryštál arzenidu tantalitého, ktorý sa chová ako polokov – má vlastnosti vodiča, aj izolantu, informoval portál Gizmag.

Kryštál ochladili na teplotu blízku absolútnej nule a pomocou spektromikroskopu testovali jeho vlastnosti na možnú prítomnosť Weylových fermiónov. Po kladnom výsledku testu kryštály premiestnili do Lawrence Berkeley National Laboratory v Kalifornii, kde ich ožarovali vysokoenergetickými fotónmi, ktoré po prechode kryštálom potvrdili detekciu exotickej častice.

Keďže Weylove fermióny sú nehmotné a môžu mať pravotočivý, aj ľavotočivý spin, prechádzajú kryštalickou štruktúrou mimoriadne rýchlo a bez kolízií, akoby leteli tunelom. Nehmotné elektróny vytvorené z takýchto fermiónov dokážu viesť elektrický prúd mimoriadne rýchlo.

Podľa najnovších výskumov sa elektrický prúd tvorený Weylovými elektrónmi v testovacom médiu pohyboval najmenej dvakrát rýchlejšie ako prúd tvorený elektrónmi v graféne a aspoň 1000 krát rýchlejšie ako v bežných polovodičoch.

Zaujímavé je, že Weyl pôvodne svoj nehmotný fermión predpovedal v rámci hypotézy, ktorá bola konkurenčnou voči Einsteinovej teórii relativity. A hoci tento súboj prehral, samotná častica vŕta vedcom v hlave už od roku 1929. Zdá sa, že vedci ju konečne potvrdili. Dúfajme teda, že sa podarí úspešne ju aplikovať v elektronike.

Zdroj: Techbox, Princeton University, Gizmag, Science