物理学家首次观察Weyl点 2017-03-02 09:28:33

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图片:Ling Lu和Qinghui Yan An国际物理学家团队首次证实了Weyl点的实验观察1929年由物理学家Hermann Weyl预测的一部分 - 一种无质量粒子的特征麻省理工学院研究人员领导的一个国际物理学家团队表示,能量谱中的一个奇点是“Weyl点” - 最终通过直接观察得到了证实

这一发现可能导致新的高功率单一 - 模型激光器和其他光学设备,该团队表示,几十年来,物理学家认为称为中微子的亚原子粒子实际上是Weyl预测的无质量粒子 - 这种可能性最终被1998年中微子确实有一个小的发现所消除虽然已有数以千计的科学论文被写入关于理论粒子的文章,但直到今年,似乎没有任何实际证实的希望他们的存在“关于Weyl点的每篇论文都是理论性的,直到现在,”麻省理工学院物理学教授MarinSoljačić说道,本周发表在“科学”杂志上的一篇论文的高级作者证实了这一点(另一个研究小组)普林斯顿大学和其他地方独立地对Weyl颗粒进行了不同的检测;他们的论文出现在同一期“科学”中

麻省理工学院的研究科学家,该团队论文的主要作者凌璐表示,难以捉摸的观点可以被认为等同于被称为磁单极子的理论实体

世界:它们相当于将磁棒切成两半并最终分别用南北磁铁,而真正发生的是你最后得到两个较短的磁铁,每个都有两个磁极但是物理学家经常用它们来计算它们的计算结果

Lu解释说,动量空间(也称为倒易空间)而不是普通的三维空间,并且在那个框架中可以存在磁单极子 - 它们的属性与Weyl点相匹配

通过对一种被称为材料的新用途实现了这一成就

一个光子晶体在这种情况下,Lu能够计算出光子晶体结构的精确测量值,预计会产生Weyl点的表现 - 通过材料钻出的孔阵列之间的尺寸和精确角度,称为陀螺仪结构的配置然后通过各种复杂的测量证明这种预测是正确的,这些测量完全匹配这些点的预期特征

自然界中存在某些类型的螺旋结构, Lu指出,例如在某些蝴蝶翅膀中,在这种自然事件中,陀螺仪是自组装的,它们的结构已经为人所知和理解

两年前,研究人员预测通过打破一种称为“陀螺仪”的数学表面的对称性“以某种方式,有可能产生Weyl点 - 但是意识到预测需要团队计算和构建自己的材料为了使这些更容易使用,晶体被设计为在微波频率下工作,但是可以使用相同的原理制作一个可见光的装置,Lu说:“我们知道一些小组那些试图做到这一点,“他说许多应用可以利用这些新发现,Soljačić说例如,基于这种设计的光子晶体可用于制造大容量单模激光器件通常,Soljačić他说,当你放大激光时,还有更多的光线可以跟随光线,这使得越来越难以隔离激光束的单一所需模式,并且极大地限制了可以传递的激光束的质量

新系统,“无论你扩展多少,都有很少的可能模式,”他说,“你可以根据自己的需要进行扩展,在三个维度上,与其他光学系统不同”,可扩展性问题在于卢说,光学系统“非常基础”;这种新方法提供了一种规避它的方法“我们还有其他应用”,他说,利用该设备的“三维体对象中的光学选择性”,例如,一块材料只允许一个精确的光线的角度和颜色要通过,而其他所有光线都会被阻挡 “这是一个有趣的发展,不仅因为Weyl点已经通过实验观察,而且还因为它们赋予光子晶体以实现它们独特的光学特性,”加州大学伯克利分校物理学教授Ashvin Vishwanath说

没有参与这项研究“Soljačić教授的团队有着将新科学迅速转化为具有行业应用的创意设备的记录,我期待看到Weyl光子晶体如何发展”除了Lu和Soljačić之外,团队还包括Zhiyu Wang,中国浙江大学的Dexin Ye和Lixin Ran以及麻省理工学院物理学助理教授梁甫和John Joannopoulos,Francis Wright Davis物理学教授和士兵纳米技术研究所(ISN)主任这项工作得到了美国陆军通过ISN,能源部,国家科学基金会和中国国家科学基金会出版物:Ling Lu等,“Weyl points的实验观察”,Science,2015; DOI:101126 / scienceaaa9273资料来源:麻省理工学院新闻大卫L钱德勒