Axion-partikel plettet i solid-state krystal

Forskere ved Max Planck Institute for Chemical Physics of Solids i Dresden, Princeton University, University of Illinois i Urbana-Champaign, og University of the Chinese Academy of Sciences har set en berømt undvigende partikel:Axionen, først forudsagt for 42 år siden som en elementær partikel i forlængelser af standardmodellen for partikelfysik. Resultaterne af eksperimenterne er offentliggjort i Natur .

Teamet fandt signaturer af aksionpartikler sammensat af Weyl-type elektroner (Weyl fermioner) i det korrelerede Weyl-halvmetal (TaSe ₄ ) ₂ I. Ved stuetemperatur, (TaSe ₄ ) ₂ I er en endimensionel krystal, hvori elektrisk strøm ledes af Weyl-fermioner. Imidlertid, ved afkøling (TaSe ₄ ) ₂ I ned under -11 grader C, disse Weyl-fermioner kondenserer selv til en krystal, en såkaldt "ladningstæthedsbølge, " som forvrænger atomernes underliggende krystalgitter. De oprindeligt frie Weyl-fermioner er nu lokaliserede og det oprindelige Weyl-semimetall (TaSe) ₄ ) ₂ Jeg bliver en aksionsisolator. Svarende til eksistensen af ​​frie elektroner i metalliske atomkrystaller, den Weyl-semimetalbaserede ladningsdensitetsbølgekrystal er vært for aksioner, der kan lede elektrisk strøm. Imidlertid, sådanne aksioner opfører sig helt anderledes end elektroner. Når de udsættes for parallelle elektriske og magnetiske felter, de producerer et unormalt positivt bidrag til den magnetoelektriske ledningsevne.

Baseret på forudsigelser fra Andrei Bernevigs gruppe ved Princeton University, gruppen af ​​Claudia Felser i Dresden producerede ladningstæthedsbølgen Weyl metalloid (TaSe ₄ ) ₂ Jeg og undersøgte den elektriske ledning i dette materiale under påvirkning af elektriske og magnetiske felter. Forskerne fandt ud af, at den elektriske strøm i dette materiale under -11 grader C faktisk bæres af axionpartikler. "Det er meget overraskende, at materialer, som vi tror, ​​vi ved, pludselig viser så interessante kvantepartikler, siger Claudia Felser, en af ​​avisens hovedforfattere.

Undersøgelse af de nye egenskaber af axionpartikler i bordeksperimenter kunne give videnskabsmænd mulighed for bedre at forstå kvantepartiklernes mystiske verden, og åbne feltet for højt korrelerede topologiske materialer. "Endnu en byggesten til min livslange drøm om at realisere ideer fra astronomisk og højenergifysik med eksperimenter på bordplader i faste stoffer, siger Johannes Gooth.