美国科学家首次观察到半狄拉克费米子

美国宾夕法尼亚州立大学和哥伦比亚大学科学家携手，首次观察到一类特殊准粒子——半狄拉克费米子。这类准粒子在朝一个方向移动时拥有质量，而朝另一个方向移动时则失去质量。研究人员表示，对这些准粒子开展深入研究，有望促进下一代电池、传感器等技术发展。相关论文发表于新一期《物理评论X》杂志。

当粒子的能量完全源自其运动时，它就没有质量。这意味着它本质上是以光速传播的纯能量，如以光速移动的光子就被认为没有质量。阿尔伯特·爱因斯坦的狭义相对论也指出，任何以光速运动的物体都不可能拥有质量。

然而研究团队表示，在固体材料中，一些行动一致的粒子（也被称为准粒子）的“一举一动”可能与单个粒子截然不同。有些准粒子仅在朝一个方向移动时才拥有质量，而朝另一个方向移动时没有质量。他们将这些奇特的粒子命名为半狄拉克费米子。

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研究示意图。

2008年和2009年，来自法国南巴黎大学和美国加州大学戴维斯分校等机构的科学家，首次从理论上预言了半狄拉克费米子的存在。

在最新研究中，宾夕法尼亚州立大学物理学助理教授邵垠铭等人，在名为锆硅硫化物（ZrSiS）的半金属材料晶体内，首次窥见了半狄拉克费米子的“真容”。

研究团队在位于佛罗里达州的国家高磁场实验室进行了实验。该实验室混合磁体产生的持续磁场可达地球磁场的90万倍，能使水滴等小物体悬浮起来。

在实验中，研究团队将一块锆硅硫化物冷却至-268.9℃左右——仅比绝对零度高几度，然后将其置于实验室强大的磁场中，并用红外光照射，随后分析材料反射的光。借助这一名为磁光光谱学的技术，邵垠铭等人观测到了锆硅硫化物晶体内准粒子的性质。