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Quiralidad de los fermiones de Weyl - ScienceDaily

Quiralidad de los fermiones de Weyl

by / Comentarios desactivados en Quiralidad de los fermiones de Weyl / 2 View / febrero 11, 2019


"En mi trabajo, siempre he tratado de unir lo verdadero con lo bello; cuando tuve que decidir por uno de ellos, siempre elegí lo que era bello". Esta cita adorna la pared de un nicho en la 'sala de Hermann Weyl' en el edificio principal de ETH Zurich, detrás de una escultura del matemático, físico y filósofo alemán Hermann Weyl, que fue profesor de matemáticas superiores en ETH desde 1913 hasta 1930. Durante ese tiempo, pero mientras pasaba el año académico 1928-1929 en Princeton, EE. UU., Weyl produjo una creación extraordinaria, y una que ha experimentado un gran resurgimiento en los últimos años: una ecuación de onda relativista para describir spinless sin masa-1 / 2 partículas, que ahora se conocen como fermiones de Weyl. En el informe de hoy en la revista Nature Physics, Valerio Peri y su colega Marc Serra-Garcia en el grupo de Sebastian Huber del Instituto de Física Teórica de ETH Zurich, junto con Roni Ilan de la Universidad de Tel-Aviv (Israel), presentan los resultados de un estudio experimental en el que han observado una característica intrigante y conceptualmente trascendental de la teoría tradicional de Weyl: la posibilidad de tener un campo de fondo que se combine de manera diferente a los fermiones de Weyl de la quiralidad opuesta.

Los fermiones de Weyl tuvieron su origen en la descripción de las partículas relativistas, pero Weyl supuestamente se ha desenamorado de esta creación suya, entre otras cosas, tales fermiones sin masa nunca se han observado como partículas fundamentales en la naturaleza. Hoy en día sabemos, sin embargo, que los fermiones de Weyl emergen como excitaciones colectivas, llamadas cuasipartículas, en sistemas de muchos cuerpos. Esto se realizó por primera vez de manera experimental en 2015 en un material cristalino, donde los fermiones de Weyl aparecen como puntos específicos en la estructura de la banda electrónica. También se ha demostrado que tales "puntos Weyl" existen en estructuras periódicas diseñadas mediante ingeniería que interactúan con ondas clásicas, en particular con ondas electromagnéticas (en cristales fotónicos) y con ondas acústicas (en cristales fonónicos). Peri y sus colaboradores adoptaron esta última plataforma, que consiste en su caso de 4800 celdas unitarias impresas en 3D cuidadosamente diseñadas y dispuestas en una estructura 3D (en la imagen de arriba), en la que interactúan con ondas de sonido en el aire.

Que tales 'metamateriales acústicos' son plataformas adecuadas para explorar la física de Weyl se ha establecido anteriormente, pero los investigadores de ETH agregaron un giro importante a la historia. Diseñaron un campo de fondo que interactúa con los fermiones de Weyl de manera similar a como un campo magnético interactúa con las excitaciones electrónicas en un cristal. Como las ondas de sonido no tienen carga y, por lo tanto, son inertes a los campos magnéticos, Peri et al. Tuvieron que recurrir a otros medios para manipular las cuasipartículas en su sistema. Lo hicieron variando ligeramente la geometría de las celdas unitarias, de modo que la ubicación espacial en la que aparecen los puntos Weyl (en el espacio de momento) varía a lo largo de la muestra. Esta modificación hace que su sistema acústico se comporte como un sistema electrónico inmerso en un campo magnético, con una diferencia importante. Diseñaron el campo de fondo de manera que se acopla de manera diferente a los dos tipos en los que vienen los fermiones de Weyl: aquellos con su momento angular intrínseco (o giro) alineados en paralelo con su momento lineal, y aquellos en los que la alineación es anti-paralela. En otras palabras, el campo se acopla de manera diferente a las partículas dependiendo de su quiralidad.

La realización de un campo de fondo que distingue la quiralidad es un paso importante, ya que va al corazón de por qué los fermiones de Weyl son tan emocionantes en su contexto original, es decir, en la física de partículas. Cuando los fermiones de quiralidad diferente pueden manipularse independientemente unos de otros, las leyes de conservación clásicas pueden romperse en el nivel cuántico, como, por ejemplo, la carga para los fermiones de una quiralidad dada no se conserva. Tal comportamiento da lugar a la llamada 'anomalía quiral', que a su vez podría ser la clave para comprender las características centrales del Modelo Estándar de la física de partículas.

Peri y sus colegas ahora han demostrado la existencia de distintos "canales quirales", lo que les da acceso independiente a los fermiones de Weyl de quiralidad opuesta en un sistema masivo. (Los resultados relacionados se han reportado previamente para sistemas electrónicos en dos dimensiones). Haber realizado tal comportamiento profundamente enraizado en la teoría de la física de alta energía con ondas de sonido de baja energía que interactúan con un sistema de materia condensada promete una plataforma versátil para explorar más los fenómenos. relacionado con los fermiones de Weyl que se han predicho teóricamente, y para tomar medidas adicionales para explotar dicho comportamiento en áreas tecnológicas, desde la acústica hasta la electrónica, sin perder de vista la "belleza" subyacente que guió a Hermann Weyl.

Fuente de la historia:

Materiales proporcionados por ETH Departamento de Física de Zúrich. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y duración.



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