천천히 '사라지는' 모습을 포착한 페르미온 준입자 - 물리학의 세계

연구자들은 처음으로 페르미온 준입자가 천천히 "사라지는" 것을 직접 관찰했습니다. 이러한 소멸 현상은 소위 중페르미온 화합물의 양자 상전이 근처에서 발생했습니다. 페르미온 준입자의 안정성에 대한 이해를 높일 뿐만 아니라 이러한 전이는 양자 정보 기술에 응용될 수 있습니다.

가장 잘 알려진 상전이는 물이 0°C 이하로 냉각되면서 갑자기 얼음으로 변할 때 발생합니다. 얼음의 특성은 액체 물의 특성과 매우 다릅니다. 얼음의 밀도는 훨씬 낮고 구조는 극적으로 변합니다. 그러나 일부 위상 전환에서는 변화가 더 점진적으로 발생합니다. 예를 들어, 철은 760°C로 가열되면 강자성에서 상자성으로 변하지만, 전이가 진행됨에 따라 시스템이 평형에 도달하는 데 점점 더 오랜 시간이 걸리므로 전이가 느려지고 더욱 연속적이 됩니다. 이는 두 단계(강자성 및 상자성)의 에너지가 더 가까워진다는 것을 의미합니다.

이 현상은 상호작용(자성을 담당하는 상호작용 포함)을 중재하는 입자인 보존의 여기를 포함하는 상전이에서 일반적입니다. 그러나 근본적인 수준에서 물질은 보존이 아니라 페르미온으로 구성되어 있습니다.

"전자는 페르미온 계열에 속합니다"라고 연구 팀 구성원은 말합니다. 쇼본 팔, “그리고 이러한 입자로 구성된 물질은 자연의 기본 법칙 때문에 일반적으로 파괴될 수 없습니다. 따라서 페르미온은 사라질 수 없으며 이러한 이유로 페르미온은 일반적으로 상전이에 전혀 관여하지 않습니다.”

두 가지 유형의 전자 상태의 중첩

Pal과 동료들은 테라헤르츠 시간 영역 분광학 측정을 사용하여 만프레드 피비그에 있는 그룹 ETH 취리히, 스위스 YbRh의 양자 위상 전이 근처에서 이러한 심각한 속도 저하가 관찰되었습니다.₂Si₂. 이 물질의 준입자는 두 가지 유형의 전자 상태의 중첩으로 구성됩니다. 하나는 절연체에서 발견되는 것과 같은 국부적인 전자로 구성되고 다른 하나는 금속에서처럼 이동 전자로 구성됩니다. 이 중첩의 한 가지 놀라운 특징은 전자가 어느 정도 공간적으로 묶여 있어 유효 질량을 제공한다는 것입니다.³ 10로⁴ 일반 전자의 나머지 질량보다 크다. 따라서 이러한 유형의 결합을 지원하는 화합물은 중페르미온 화합물로 알려져 있습니다.

"정상" 전자와는 또 다른 대조적으로, 양자 영역에만 존재하는 이러한 준입자는 상전이 중에 파괴될 수 있습니다. 이것이 보존과 관련된 전환과 비슷한 지속적인 전환을 겪게 하는 핵심 요소라고 Pal은 말합니다.

임계지수

이번 연구에서 연구진은 상전이에서 이러한 이국적인 상태가 형성될 확률의 붕괴와 관련된 임계 지수로 알려진 매개변수를 추출했습니다. “임계 지수를 사용하여 상전이를 분류할 수 있으며 이 개념은 이제 강자성 전이의 자화와 같은 보손 차수 매개변수의 분해와 관련된 전이뿐만 아니라 페르미온의 파괴와 관련된 이국적인 상전이까지 분류하도록 확장될 수 있습니다. 입자"라고 Pal은 설명합니다. 니저 인도한다.

마요라나 보존(Majorana boson)은 소산계에 존재할 수 있다고 계산에 따르면

연구자들은 에너지 규모가 무거운 페르미온의 고유 에너지 규모와 동등하기 때문에 테라헤르츠 방사선을 사용했습니다. Pal은 “THz 자극 시 준입자가 분해되어 사라지고 시스템이 비평형 상태가 됩니다.”라고 설명합니다. "자연적으로 준입자의 재출현을 통해 평형으로 돌아가려고 노력하며 이러한 재구성 과정은 중페르미온 시스템의 고유 에너지 규모에 해당하는 특정 시간 지연 후에 발생합니다."

연구팀은 이러한 지연된 반응을 측정함으로써 준입자의 진화, 즉 소멸과 재출현을 관찰하고 특성화할 수 있었습니다.

에 자세히 설명되어 있는 연구 자연 물리, 중페르미온 화합물과 같은 특정 이국적인 양자 물질의 다체 상관 관계를 조사하는 새로운 방법을 강조합니다. "따라서 이는 양자 세계에서 상전이의 물리학을 밝히는 다양한 재료에 대한 많은 추가 조사의 출발점이 됩니다."라고 Pal은 말합니다. 물리 세계.

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• 출처: https://physicsworld.com/a/fermionic-quasiparticles-caught-slowly-disappearing-for-the-first-time/