Физика

Ученые открывают новую квазичастицу: Пи-Тон

Ученые открывают новую квазичастицу: Пи-Тон

Ученые открывают новую квазичастицу: Пи-Тон
Два электрона и две дырки, образованные квантами света, иллюстрированные на шахматном фоне / предоставлено исследователями

Исследователи находят ранее неизвестную квазичастицу в компьютерных симуляциях. Получивший название pi-ton, он содержит 2 электрона и 2 дырки. Некоторые эксперименты, проведенные на материале титаната Самария, дают убедительные доказательства существования pi-ton.

Существует несколько типов частиц, например, элементарные частицы, которые классифицируются в соответствии с их вращением, и составные частицы, такие как адроны, атомы и молекулы.

И еще есть квазичастицы, которые существуют в различных системах частиц. Квазичастицы — это возникающие явления, которые возникают, когда твердые вещества или другие микроскопически сложные системы ведут себя так, как будто они содержат разные слабо взаимодействующие частицы в свободном пространстве.

Представим себе несколько атомов, упорядоченных в кристалле определенным образом, и каждый атом состоит из движущегося электрона. В любой конкретный момент электрон из одного атома отсутствует. Это известно как дыра, простейшая квазичастица.

Когда электрон движется вверх от ближайшего атома, исходное дырка закрывается и открывается новая дырка. Вместо того чтобы следовать за этими случайно движущимися электронами, проще исследовать движение дырки.

Если электроны движутся влево, то дырки движутся вправо, следуя определенным физическим законам. Но в отличие от электронов, существование дырок зависит от других частиц (таких как электроны).

В этом исследовании исследователи из TU Wien (Венский технический университет) сосредоточились на квазичастицах. Они объяснили, почему трудно описать частицы и квазичастицы по отдельности.

Обычная частица может быть точно описана только по отношению к своему окружению. Возбуждение частиц-дырок происходит мгновенно, даже в вакууме. Без таких возбуждений, например, масса электрона была бы чем-то иным. Поэтому почти во всех экспериментах (включая те, которые проводятся с нормальными электронами) мы фактически наблюдаем электрон квазичастицы.

В физике полупроводников существует несколько сложных квазичастиц. Одна из них — электрически нейтральная квазичастица, называемая экситоном. Это связанное состояние электрона и электронной дыры, которые притягиваются друг к другу электростатической кулоновской силой.

Ранее неизвестная квазичастица

Чтобы изучить эти экситоны, исследовательская группа создала компьютерное моделирование и измерила квантовые физические эффекты в твердых телах. Вскоре они узнали, что обнаружили в своих измерениях нечто неожиданное — новый вид квазичастиц.

Эта новая квазичастица содержит 2 электрона и 2 дырки, которые удерживаются вместе с помощью спина или флуктуаций плотности. Поскольку эти флуктуации меняют свой характер на 180 градусов (под углом π, если описывать в радианах) от одной точки решетки кристалла к другой, новая квазичастица получила название Пи-тон.

Пи-Тон формируется спонтанно, поглощая фотон, и как только он исчезает, фотон снова испускается.

Несмотря на то, что Пи-Тоны наблюдались и проверялись только в компьютерных симуляторах, исследовательская группа считает, что они существуют в природе. Они исследовали это явление с помощью различных моделей, все из которых предполагают, что Пи-Тон может быть обнаружен в различных материалах.

Несколько экспериментов, проведенных на титанатном материале самария, дают убедительные доказательства существования Пи-Тона. Однако для подтверждения его существования требуется проведение дополнительных экспериментов с нейтронами и фотонами.

Открытие pi-ton поможет ученым лучше понять связь между светом и твердым телом, феномен, который играет решающую роль в различных технических решениях, от фотоэлектрических до полупроводниковых технологий.

По материалам

new-science.ru

Смотреть полностью

Похожее

Back to top button
Close
Close

Adblock Detected

Please consider supporting us by disabling your ad blocker