Rozważania poświęcone istnieniu takich kwazicząstek sięgają 16 lat wstecz, lecz dopiero teraz udało się potwierdzić to w praktyce. Kluczowy okazał się pewien kryształ, znany jako ZrSiS, o czym członkowie zespołu badawczego piszą szerzej na łamach Physical Review X. Dokonania badaczy z Penn State University oraz Columbia University powinny mieć przełożenie na postępy w zakresie projektowania akumulatorów czy czujników.
Czytaj też: Kwarki podważają rzeczywistość. Czeka nas rewolucja w fizyce?
Gra toczy się więc o niemałą stawkę, a być może najbardziej fascynujący w całej sprawie jest fakt, że członkowie zespołu badawczego… wcale nie szukali fermionu pół-Diraca. A już na pewno nie na początku eksperymentów poświęconych ZrSiS. W pewnym momencie zwrócili jednak uwagę na nieoczekiwane odczyty, których rezultaty skłoniły ich do dalszych poszukiwań. Tym sposobem dokonali obserwacji kwazicząstek posiadających masę w jednej sytuacji, by w innej sprawiać wrażenie bezmasowych.
Sam fakt, że cząstka nie posiada masy, wcale nie jest czymś niezwykłym. Na przykład fotony pasują do tej koncepcji, ponieważ mają one formę czystej energii poruszającej się z prędkością światła. Einstein w ramach swojej ogólnej teorii względności odnotował, iż nic, co porusza się się z prędkością światła, nie powinno posiadać masy.
Kwazicząstka określana mianem fermionu pół-Diraca okazuje się wykazywać zadziwiające właściwości dotyczące jej masy
W przypadku kwazicząstek sprawy przybierają jeszcze bardziej fascynujący obrót, gdyż okazuje się, że w sposób kolektywny zachowują się zupełnie inaczej niż pojedynczo. Idąc tym tokiem myślenia autorzy ostatnich badań potwierdzili, że śledzone przez nich cząstki mają masę podczas poruszania się w jednym kierunku, by tracić ją w czasie ruchu w kierunku przeciwnym. To z kolei może utorować drogę do szeregu praktycznych zastosowań.
Do przełomu doszło po tym, jak naukowcy ze Stanów Zjednoczonych wykorzystali w swoich badaniach spektroskopię magnetooptyczną. Taka metoda polega na oświetlaniu materiału światłem podczerwonym w momencie gdy pozostaje on pod wpływem silnego pola magnetycznego. W ten sposób badacze oczekiwali, że być może uda im się prześledzić właściwości kwazicząstek wewnątrz kryształów ZrSiS.
Czytaj też: Ta przemiana fazowa wygląda jak coś rodem ze świata magii. Fizycy potwierdzają, że to rzeczywistość
To, co dostrzegli, wprawiło ich w konsternację, ale zarazem dało nadzieję na przełom w fizyce. Do osiągnięcia tego celu potrzeba było jednak nowego modelu, opisującego strukturę elektronową ZrSiS. Miał on dostarczyć informacji o tym, jak elektrony wewnątrz materiału tracą swoją masę, poruszając się w jednym kierunku i zyskują ją w czasie przemieszczania się w innym. Mówiąc dokładniej, owe kwazicząstki wydawały się bezmasowe, gdy poruszały się po ścieżce liniowej, by zyskiwać masę, gdy poruszały się w kierunku prostopadłym.