Исследователи из Бостонского колледжа (США) обнаружили новую частицу — так называемую аксиальную моду Хиггса. Материалы, содержащие эту частицу, могут служить квантовыми датчиками для оценки других квантовых систем и помогают ответить на насущные вопросы физики элементарных частиц, передает EurekAlert!. Подробно открытие описано в онлайн-издании журнала Nature.
Десять лет назад ученые обнаружили бозон Хиггса – и это открытие стало ключевым для понимания массы. Также теоретически были предсказаны и другие частицы – в том числе аксиальная мода Хиггса. Эти теории были призваны объяснить «темную материю», почти невидимый материал, который составляет большую часть Вселенной, но проявляет себя только через гравитацию.
В то время как бозон Хиггса был обнаружен в экспериментах на Большом адронном коллайдере, новую частицу обнаружили буквально «на столе». Команда использовала такой квантовый материал, как редкоземельный трителлурид (RTe3), который можно исследовать при комнатной температуре в «настольном» экспериментальном формате.
RTe3 обладает свойствами, которые имитируют теорию, создающую аксиальную моду Хиггса. Но главная проблема в поиске частиц Хиггса в целом — это их слабая связь с экспериментальными зондами, такими как лучи света, отмечают ученые. Точно так же выявление тонких квантовых свойств частиц обычно требует довольно сложных экспериментальных установок, включая огромные магниты и мощные лазеры, при охлаждении образцов до чрезвычайно низких температур.
В этом же эксперименте физики использовали лазерное рассеяние света и квантовую стимуляцию. Так им удалось создать благоприятные условия для того, чтобы обнаружить частицу.
Материал, который использовала команда, обладает «волной плотности заряда» – состоянием, при котором электроны самоорганизуются с периодической плотностью в пространстве. Эта волна возникла в материале и указала как на бозон Хиггса, так и на дополнительные компоненты – на частицы, у которых есть угловой момент импульса (аксиальная мода Хиггса относится к ним).
Команда использовала светорассеяние, при котором лазер освещает материал и может менять цвет и поляризацию. Изменение цвета происходит из-за того, что свет создает бозон Хиггса в материале, а поляризация чувствительна к компонентам симметрии частицы. В результате, просто изменяя поляризацию света, ученые смогли выявить скрытый магнитный компонент и открыть первую осевую моду Хиггса.
[Иллюстрация: Nature]
