美國波士頓學(xué)院物理學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了被稱為“軸向希格斯模式”的新粒子，這是一種以前無法檢測(cè)到的量子激發(fā)，也是著名的希格斯玻色子的磁性相對(duì)粒子。該研究成果在線發(fā)表于最近的《自然》雜志。
十年前探測(cè)到的希格斯玻色子是理解物質(zhì)質(zhì)量的核心，而預(yù)測(cè)“軸向希格斯模式”存在的理論現(xiàn)被用來解釋暗物質(zhì)——一種幾乎不可見但卻是宇宙主要組成部分的物質(zhì)。
當(dāng)年希格斯玻色子是通過大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)揭示的，此次研究團(tuán)隊(duì)則專注于稀土三碲化物（RTe3），這是一種經(jīng)過充分研究的量子材料，可在室溫下以“桌面”實(shí)驗(yàn)形式進(jìn)行驗(yàn)證。
(資料圖)
研究人員稱，RTe3具有模仿產(chǎn)生軸向希格斯模式的理論的特性。但一般來說，尋找希格斯粒子的核心挑戰(zhàn)是它們與實(shí)驗(yàn)探針的弱耦合。同樣，揭示粒子微妙的量子特性通常需要相當(dāng)復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)裝置，包括巨大的磁體和高功率激光器，同時(shí)將樣品冷卻到極冷的溫度。
研究團(tuán)隊(duì)報(bào)告說，他們通過獨(dú)特的散射和正確選擇量子模擬器來克服這些挑戰(zhàn)。具體來說，他們專注于一種長期以來已知具有“電荷密度波”的化合物。電荷密度波是指電子在空間中以周期性密度自組織的狀態(tài)，其非常特殊，出現(xiàn)在遠(yuǎn)高于室溫的地方，涉及電荷密度和原子軌道的調(diào)制。這允許與該電荷密度波相關(guān)的希格斯玻色子具有額外的分量，即它可能是軸向的，包含角動(dòng)量。
為了揭示這種模式的微妙性質(zhì)，研究團(tuán)隊(duì)使用了光散射，其中激光照射在材料上，可改變顏色和偏振。顏色的變化是由在材料中產(chǎn)生希格斯玻色子的光引起的，而偏振對(duì)粒子的對(duì)稱分量很敏感。
研究人員稱，新研究揭示了隱藏的磁性成分并證明了第一個(gè)軸向希格斯模式的發(fā)現(xiàn)。“高能粒子物理學(xué)預(yù)測(cè)的軸向希格斯粒子，其檢測(cè)可解釋暗物質(zhì)。”波士頓學(xué)院物理學(xué)教授肯尼思·伯奇說，“然而，它從未被觀察到。它在凝聚態(tài)系統(tǒng)中的出現(xiàn)完全是令人驚訝的，預(yù)示著一種未被預(yù)測(cè)的新對(duì)稱破缺狀態(tài)的發(fā)現(xiàn)。與觀察新粒子通常需要的極端條件不同，這是在室溫下的桌面實(shí)驗(yàn)中完成的，我們通過改變光的偏振實(shí)現(xiàn)了模式的量子控制。”
這一成果克服了以往極端實(shí)驗(yàn)條件的難點(diǎn)，且這種簡單明了的實(shí)驗(yàn)技術(shù)還可直接應(yīng)用于超導(dǎo)體、磁體、鐵電體和電荷密度波中的模式。
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