Mokslininkai pagaliau rado ašies pėdsakus - nemandagią dalelę, kuri retai sąveikauja su normalia materija. Ašis pirmą kartą buvo prognozuojama daugiau nei prieš 40 metų, tačiau iki šiol to nebuvo matyti.
Mokslininkai pasiūlė, kad tamsioji materija, nematoma materija, persmelkianti mūsų visatą, gali būti pagaminta iš ašių. Užuot atradę tamsiosios medžiagos ašį giliai kosmose, tyrėjai atrado matematinius ašies parašus egzotiškoje medžiagoje, esančioje Žemėje.
Naujai atrastas ašis nėra gana dalelė, kaip mes paprastai apie tai galvojame: Ji veikia kaip elektronų banga peršaldytoje medžiagoje, vadinamoje pusmetaliu. Tačiau atradimas galėtų būti pirmasis žingsnis sprendžiant vieną iš pagrindinių neišspręstų dalelių fizikos problemų.
Ašis yra tamsiosios materijos kandidatė, nes, kaip ir tamsioji materija, ji negali sąveikauti su įprastine materija. Dėl tokio nutolimo ašį, jei toks egzistuoja, labai sunku aptikti. Ši keista dalelė taip pat galėtų padėti išspręsti seniai susiklosčiusią nesąmonę fizikoje, vadinamą „stipria CP problema“. Dėl tam tikrų priežasčių atrodo, kad fizikos įstatymai dalelėms ir jų antimedžiagos partneriams veikia vienodai, net tada, kai jų erdvinės koordinatės yra apverstos. Šis reiškinys žinomas kaip krūvio pariteto simetrija, tačiau esama fizikos teorija sako, kad nėra jokios priežasties, dėl kurios ši simetrija turėtų egzistuoti. Netikėtą simetriją galima paaiškinti ypatingo lauko buvimu; aptikus ašį būtų įrodyta, kad šis laukas egzistuoja, išspręsdamas šią paslaptį.
Kadangi mokslininkai mano, kad vaiduokliška, neutrali dalelė vos nesąveikauja su įprasta materija, jie manė, kad tai bus sunku nustatyti naudojant esamus kosminius teleskopus. Taigi tyrėjai nusprendė išbandyti kažką daugiau žemėje, naudodami keistą medžiagą, vadinamą kondensuota medžiaga.
Eksperimentai su kondensuotomis medžiagomis, tokie kaip tie, kuriuos atliko tyrėjai, buvo naudojami „surasti“ nemandagiai numatomas daleles keliais gerai žinomais atvejais, įskaitant majoranos fermioną. Dalelės nėra aptinkamos įprasta prasme, jos yra aptinkamos kaip medžiagų, kurios elgiasi ir reaguoja taip, kaip dalelės, kolektyvinė vibracija.
„Žiūrint į kosminę erdvę problema yra ta, kad jūs negalite labai gerai kontroliuoti savo eksperimentinės aplinkos“, - teigė tyrimo bendraautorius Johannesas Goothas, fizikas iš Makso Plancko kietų medžiagų fizikinės instituto Vokietijoje. "Tu lauki, kol įvyks įvykis, ir bandai jį aptikti. Manau, kad vienas gražiausių dalykų, leidžiančių šias aukštos energijos fizikos sąvokas paversti sutirštintomis medžiagomis, yra tas, kad tu iš tikrųjų gali nuveikti daug daugiau."
Tyrėjų komanda dirbo su Weylio pusmetaliu, ypatinga ir keista medžiaga, kurioje elektronai elgiasi taip, tarsi neturi masės, nesąveikauja tarpusavyje ir yra suskirstyti į du tipus: dešiniarankiams ir kairiarankiams. Savarankiškumas būti dešine ar kaire ranka yra vadinamas chirališkumu; chiralumas Weilo pusmetaliuose yra išsaugotas, tai reiškia, kad yra lygus dešiniosios ir kairiosios rankos elektronų skaičius. Pusmetalio aušinimas iki 12 laipsnių Farenheito (minus 11 laipsnių Celsijaus) leido elektronams sąveikauti ir susikondensuoti į savo kristalą.
Virš kristalų judantys virpesių bangos vadinamos fononais. Kadangi keistai kvantinės mechanikos dėsniai nusako, kad dalelės taip pat gali elgtis kaip bangos, yra tam tikri fononai, kurie turi tas pačias savybes kaip ir bendrosios kvantinės dalelės, pavyzdžiui, elektronai ir fotonai. Gootas ir jo kolegos stebėjo elektronų kristaluose esančius fononus, kurie reaguoja į elektrinius ir magnetinius laukus tiksliai taip, kaip prognozuojama. Šiose keturkampėse dalelėse nebuvo vienodo dešinės ir kairiosios rankos dalelių. (Fizikai taip pat numatė, kad ašys sulaužys chirališkumo išsaugojimą.)
„Džiugina tai, kad šios lygtys yra tokios natūralios ir įtikinamos, kad bent viena aplinkybe jos realizuojasi gamtoje“, - sakė MIT teorinis fizikas ir Nobelio premijos laureatas Frankas Wilczekas, kuris iš pradžių pavadino ašį 1977 m. „Jei žinome, kad yra tokių medžiagos, kuriose telpa ašys, na, gal toje medžiagoje, kurią mes vadiname erdve, taip pat yra ašys “. Wilczekas, nedalyvavęs šiame tyrime, taip pat pasiūlė, kad tokia medžiaga kaip Weylio pusmetalis vieną dieną galėtų būti naudojama kaip „antena“ aptikti pagrindines ašis arba ašis, kurios savaime egzistuoja kaip dalelės Visatoje, o ne kaip kolektyvinės vibracijos.
Nors ašies kaip savarankiškos, vienišos dalelės bus ieškoma toliau, tokie eksperimentai padeda atlikti tradicinius aptikimo eksperimentus, nustatant dalelių savybių, tokių kaip masė, ribas ir įvertinimus. Tai kitiems eksperimentatoriams suteikia geresnę idėją, kur ieškoti šių dalelių. Tai taip pat tvirtai parodo, kad dalelė egzistuoja.
„Teorija pirmiausia yra matematinė sąvoka“, - sakė Gooth. "Ir šių sutrumpintos medžiagos fizikos eksperimentų grožis yra tas, kad galime parodyti, kad tokia matematika iš tikrųjų egzistuoja gamtoje".
