现代物理学的奠基石——物理标准模型从本质上说就是一个粒子家族的“家谱”,其成员大家耳熟能详。但还有一类同样重要的粒子却乏人问津。当然,这也是可以理解的,因为这些“准粒子”并非真实存在,但它们的独特物理性质却足以变革现代科技。英国《新科学家》杂志在近日的报道中,为我们列出了5种“并不存在”却能改变世界面貌的准粒子。
声子:电动牛仔2012年,欧洲核子研究中心(CERN)的大型强子对撞机(LHC)发现了希格斯玻色子,它是其他粒子的质量来源。至此,62种基本粒子已经全部被发现,但如果没有声子(phonon),这一切不可能发生。声子的概念是在研究晶格振动过程中发展起来的。声子这一名称由前苏联物理学家伊戈尔塔姆于1932年首次提出。
激子:植物的秘密武器在任何物质中,电子以不同的能级存在。当一个光子照射到物体表面时,它会将电子激发到更高能级,留下一个空穴。电子带负电,空穴带正电,它们之间的库仑吸引作用,在一定条件下会让它们在空间上束缚在一起,这样形成的复合体被称为激子。
磁振子:自旋之王自从塔姆提出“声子”概念后,科学家们逐步在固体内部发现了很多这样的准粒子。另一个此类粒子源于自旋,这一量子属性是磁学的基础。自旋就像原子上的一支箭,指向南或北;当物质内的所有自旋对齐时,就出现了一个磁场。但当这种自旋状态不断翻转时,就造出了一种波效应,科学家们将这种效应称为“磁振子”。
马约拉纳费米子:量子英雄普通计算机内的信息存储在“比特(bit)”内,每一比特都被编码成0或1;量子计算机内的信息比特可同时以0和1存在,但这种叠加状态非常脆弱。为此,物理学家们一直在寻找使量子比特更稳定的方法。
外尔费米子:双面娇娃“外尔费米子(Weylfermions)”就像电子羞涩的“表亲”。1929年德国科学家外尔(H.Weyl)提出:存在一种无“质量”的可以分为左旋和右旋两种不同“手性”的電子,这种电子被称为“外尔费米子”。外尔费米子具有两个关键特性:无质量而有手性。没有质量意味着,它可以高速移动,同时它对与其手性不符的干扰具有极高的抵抗力,这就使它很难散射:两束不同类型的外尔费米子流可以靠得很近却不相互作用。有人提出,这些属性使它可以成为超越自旋电子学运算能力的计算机的基础。
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