Er Weyl-fermioner virkelig masseløse?

I de fleste scenarier betragtes Weyl-fermioner som masseløse, men dette afhænger af konteksten og de specifikke forhold. I partikelfysik er begrebet Weyl-fermioner ofte forbundet med de masseløse chirale fermioner, der opstår som lavenergi-excitationer i visse topologiske materialer, såsom Weyl-halvmetaller. I denne sammenhæng opfører Weyl-fermioner sig som partikler med nul masse og har en unik båndstruktur karakteriseret ved en lineær dispersionsrelation. Det er dog værd at bemærke, at Weyl-fermioner kan opnå en masse, der ikke er nul, under særlige omstændigheder.

Masseløse Weyl-fermioner opstår som en konsekvens af visse symmetrier i materialets underliggende Hamiltonian. Disse symmetrier beskytter Weyl-knuderne (punkterne i båndstrukturen, hvor valens- og ledningsbåndene berører hinanden) og sikrer, at fermionerne nær disse knuder opfører sig som masseløse partikler. Disse symmetrier kan dog brydes, enten spontant eller eksplicit, hvilket kan føre til en masse, der ikke er nul for Weyl-fermionerne.

Et scenarie, hvor Weyl-fermioner kan erhverve en masse, der ikke er nul, er gennem den spontane brydning af en kontinuerlig symmetri, såsom tidsvendende symmetri. Dette kan for eksempel ske ved tilstedeværelse af magnetisk orden eller visse typer af strukturelle forvrængninger. Når denne symmetri brydes, kan de to Weyl-knuder med modsat chiralitet opdeles i energi, hvilket resulterer i et massegab og en endelig masse for Weyl-fermionerne.

Et andet scenarie, hvor Weyl-fermioner kan blive massive, er gennem den eksplicitte brydning af en diskret symmetri, såsom inversionssymmetri. Dette kan for eksempel ske ved tilstedeværelse af eksterne elektriske felter eller visse typer grænseflader eller grænser. Når denne symmetri er brudt, kan Weyl-knuderne med modsat chiralitet blandes og hybridisere, hvilket fører til en ikke-nul masse for de resulterende kvasipartikler.

Sammenfattende, mens Weyl-fermioner ofte beskrives som masseløse i forbindelse med topologiske materialer, afhænger deres faktiske massestatus af de specifikke symmetrier og forhold, der er til stede i systemet. Under visse omstændigheder, såsom brud af visse symmetrier, kan Weyl-fermioner opnå en masse, der ikke er nul.