科学家意外发现"恶魔粒子" 解开困扰67年的谜团

科学家意外发现"恶魔粒子"解开困扰67年的谜团科学家发现了一种传说已久的"恶魔"粒子，它隐藏在一种金属的等离子振荡中等离子体振荡会产生一种特殊形式的准粒子，称为等离子体，它们具有与组成它们的电子不同的新电荷和质量。然而，人们认为等离子体在室温下是不可能存在的，因为能级不足以满足形成等离子体所需的质量。但在1956年，理论物理学家戴维-派恩斯（DavidPines）预言了一个例外情况--多个能带中的电子可以异相模式聚集在一起，形成没有质量或电荷的等离子体。没有任何质量，它们可以在任何能级上形成，因此也可以在任何温度下形成。这种理论粒子被称为"松树的恶魔"，从那时起就一直未能被探测到，直到现在。现在，伊利诺伊大学香槟分校和京都大学的科学家们首次在一种名为钌酸锶的金属中直接探测到了这种粒子。这项研究的第一作者彼得-阿巴蒙特（PeterAbbamonte）说："绝大多数实验都是用光来测量光学性质的，但电中性意味着恶魔不会与光发生相互作用。我们需要设计一种完全不同的实验。"钌酸锶是一种耐人寻味的金属，它具有高温超导体的某些特性，尽管它本身并不是高温超导体。研究小组希望通过一种名为动量分辨电子能量损失光谱学的方法来研究这种材料的电子特性，从而找到一些有关这一宝贵现象的线索。这包括用电子轰击金属以观察其特性，包括任何可能形成的准粒子。在此过程中，研究人员发现了一种令人费解的无质量等离子体。这项研究的合著者阿里-侯赛因（AliHusain）说："起初，我们根本不知道它是什么。随着我们开始排除各种可能性，我们开始怀疑我们真的找到了恶魔粒子。"科学家们继续探索钌酸锶的电子结构。果然，这个隐藏了67年秘密终于出现在了人们的视线中。该研究的合著者埃德温-黄（EdwinHuang）说："派恩斯对恶魔的预言需要相当特殊的条件，而钌酸锶是否应该有恶魔粒子，这一点大家都不清楚。我们不得不进行微观计算，以弄清到底发生了什么。当我们这样做时，我们发现了一个由两个电子带组成的粒子，它们以几乎相等的幅度失相振荡，就像派恩斯描述的那样。"研究小组认为，恶魔可能在多种金属的电子行为中发挥着关键作用。这项研究发表在《自然》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1376877.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1376877.htm

牛津大学科学家发现在某些情况下 粒子可以吸引带相同电荷的粒子

牛津大学科学家发现在某些情况下粒子可以吸引带相同电荷的粒子粒子可以获得正电荷或负电荷，这决定了它们在其他粒子周围的行为方式。把两个带相反电荷的粒子放在一起，它们会相互吸引，而两个带相同电荷的粒子则会相互排斥。随着总电荷的增加和粒子间距离的拉近，这种静电力会越来越强，这就是著名的库仑定律。但在一项新的研究中，科学家们发现了规则的例外情况。当悬浮在某些溶液中时，一些带电粒子可以吸引相同电荷的粒子，即使距离相对较远。更奇怪的是，带正电荷和负电荷的粒子在不同溶液中的表现也不同。在测试中，研究小组将带负电荷的二氧化硅微粒悬浮在水中，发现在特定的pH值下，它们可以相互吸引，形成六角形的团块。这似乎违反了基本的电磁原理，即相同电荷的粒子在任何距离上都应该是相斥的。但是，当研究人员使用一种考虑到溶剂结构的粒子间相互作用理论来研究这种效应时，发现了一种新的吸引力，它可以克服静电排斥力。但带正电荷的胺化二氧化硅颗粒却并非如此。在任何pH值的水中，这种相互作用都是排斥的。因此，研究小组想知道他们是否能改变这种情况，结果发现，通过换用不同的溶剂（在本例中为醇类），带正电荷的粒子聚集在一起，而带负电荷的粒子则保持排斥状态。研究小组表示，这一发现可能会迫使我们对自己的假设进行重大反思，并可在实际化学中用于自组装、结晶和相分离等过程。这项研究发表在《自然-纳米技术》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1422269.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1422269.htm

科学家用纠缠电子构成的准粒子制造人造量子磁体

科学家用纠缠电子构成的准粒子制造人造量子磁体艺术插图描绘了钴-酞菁分子的磁激发，其中纠缠的电子传播成三重子。资料来源：JoseLado/AaltoUniversity"这些材料非常复杂。它们能提供非常令人兴奋的物理学，但最奇特的材料也很难找到和研究。"阿尔托大学原子尺度物理学研究小组组长彼得-利尔耶罗斯教授说："因此，我们正在尝试一种不同的方法，利用单个成分构建人工材料。量子材料受微观层面电子间相互作用的支配。这些电子关联导致了不寻常的现象，如高温超导或复杂磁态，而量子关联又产生了新的电子态。在两个电子的情况下，存在两种纠缠态，即单重态和三重态。向电子系统提供能量可以将其从单重态激发到三重态。在某些情况下，这种激发会以一种称为三重态（triplon）的纠缠波在材料中传播。传统磁性材料中不存在这种激发，因此测量这种激发一直是量子材料领域的一项挑战。在这项新研究中，研究小组利用小型有机分子创造了一种具有不同寻常磁性能的人工量子材料。实验中使用的每个钴-酞菁分子都含有两个前沿电子。德罗斯特说："利用非常简单的分子构件，我们能够以一种前所未有的方式设计和探测这种复杂的量子磁体，揭示其独立部分所不具备的现象。虽然人们早已利用扫描隧道光谱法观测到了孤立原子中的磁激发，但还从未利用传播的三重子完成过这一观测。我们利用这些分子把电子捆绑在一起，把它们装进一个狭小的空间，迫使它们相互作用，从外部观察这样的分子，我们会看到两个电子的联合物理学。因为我们的基本构件现在包含两个电子，而不是一个，所以我们看到的是一种非常不同的物理学。"研究小组首先监测了单个钴-酞菁分子的磁激发，随后监测了分子链和分子岛等较大结构的磁激发。研究人员希望通过从非常简单的现象入手，逐步提高复杂性，从而了解量子材料中的突现行为。在目前的研究中，研究小组可以证明，其构建模块的单三重激发可以作为被称为三重子的奇异磁性准粒子穿越分子网络。"我们的研究表明，我们可以在人造材料中产生奇异的量子磁激发。"这项研究的共同作者之一、阿尔托大学相关量子材料研究小组负责人何塞-拉多（JoseLado）助理教授说："这一策略表明，我们可以合理地设计材料平台，为量子技术开辟新的可能性。"研究小组计划将他们的研究方法扩展到更复杂的构件，以设计量子材料中其他奇异的磁激发和有序化。从简单成分出发进行合理设计，不仅有助于理解相关电子系统的复杂物理，还能为设计量子材料建立新的平台。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1379219.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1379219.htm

科学家首次在实验中发现一维外尔费米子

科学家首次在实验中发现一维外尔费米子外尔费米子是一种在高能物理理论中被预言存在的粒子。它被理论预言可以存在于所有奇数维度（一维、三维）体系中，但目前人们对固体中外尔费米子的研究均在三维体系中开展，即三维外尔费米子。理论预言的最低维度（一维外尔费米子）仍未在实验中发现。根据发表在期刊上的一项研究，华东师范大学研究员袁翔课题组和合作者一起，在低维准粒子激发研究中取得重要进展。联合团队通过强磁场在三维拓扑绝缘体五碲化铪（HfTe5）中，发现了一维外尔费米子，并探索了其特殊的电磁响应。来自：雷锋频道：@kejiqu群组：@kejiquchat投稿：@kejiqubot

中微子-光子相互作用：科学家揭开粒子物理学的神秘面纱

中微子-光子相互作用：科学家揭开粒子物理学的神秘面纱石川说："我们的研究成果对于理解一些最基本的物质粒子的量子力学相互作用非常重要。它们还可能有助于揭示太阳和其他恒星中目前鲜为人知的现象的细节"。中微子是最神秘的基本物质粒子之一。由于中微子几乎不与其他粒子发生任何相互作用，因此极难对其进行研究。它们呈电中性，几乎没有质量。然而，它们的数量却非常丰富，大量的中微子不断从太阳中流出，穿过地球，甚至穿过我们自己，却几乎没有任何影响。了解更多有关中微子的信息，对于检验和完善我们目前对粒子物理学（即标准模型）的理解非常重要。日全食，日冕清晰可见。"在正常的'经典'条件下，中微子不会与光子发生相互作用，"石川解释说，"然而，我们已经揭示了中微子和光子如何能够在极大规模的均匀磁场中发生相互作用--大到103千米--这种磁场出现在恒星周围被称为等离子体的物质形态中。等离子体是一种电离气体，这意味着它的所有原子都获得了或多或少的电子，使它们成为带负电或正电的离子，而不是地球上日常条件下可能出现的中性原子。"弱电霍尔效应及其影响研究人员所描述的相互作用涉及到一种名为"电弱霍尔效应"的理论现象。这是电与磁在极端条件下的相互作用，自然界的两种基本力--电磁力和弱作用力--在此融合为弱电。这是一个理论概念，预计只适用于早期宇宙的极高能条件或粒子加速器的碰撞中。研究得出了这种意想不到的中微子-光子相互作用的数学描述，即拉格朗日。它描述了有关该系统能量状态的所有已知信息。石川健三，该研究的第一作者和通讯作者。图片来源：SohailKeeganPinto石川说："除了有助于我们理解基础物理学之外，我们的研究还可能有助于解释日冕加热之谜。这是一个由来已久的谜团，它涉及太阳最外层大气--日冕--的温度远高于太阳表面温度的机制。我们的工作表明，中微子和光子之间的相互作用释放出能量，使日冕升温"。石川在总结发言中表达了他们团队的愿望："我们现在希望继续我们的工作，寻找更深入的见解，特别是在这些极端条件下中微子和光子之间的能量转移"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1383901.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1383901.htm

科学家在二维磁体中“看到”旋转的准粒子

科学家在二维磁体中“看到”旋转的准粒子所有的磁体都含有被称为磁子的旋转类粒子。所有的磁铁都是如此，从挂在冰箱上的简单纪念品，到给你的电脑提供内存存储的光盘，再到研究实验室中使用的强大版本。一个磁子的旋转方向可以影响其相邻的磁子，而相邻的磁子又会影响其相邻的磁子的旋转，以此类推，就产生了所谓的自旋波。自旋波有可能比电更有效地传输信息，而且磁子可以作为“量子互连”，将量子比特“粘合”在一起，形成强大的计算机。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1315515.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1315515.htm