Физики воссоздали "кусочек" Большого Взрыва
Физики из Европы и США создали необычный материал, внутри которого существует своеобразный аналог гравитационных аномалий, существовавших во время Большого Взрыва и предположительно связанных с тайной исчезновения антиматерии из Вселенной, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.
"Нам впервые удалось воспроизвести на Земле эту фундаментальную квантовую аномалию, что крайне важно для развития наших представлений о природе Вселенной. Теперь мы можем построить новые электронные приборы, работе которых не будут мешать те феномены, которые мы раньше считали непреодолимыми", — рассказывает Йоханнс Гут (Johannes Gooth) из Гамбургского университета (Германия).
В 1929 году немецкий математик Герман Вейль изучал свежие на тот момент уравнения, выведенные Полем Дираком для описания манеры движений и поведения электрона, позитрона и других жителей микромира, ведущих себя одновременно как волна и частица.
Вейль обнаружил, что данные формулы допускают существование крайне экзотических частиц, не обладающих массой и движущихся со скоростью света по особым законам, не совместимым с физикой того времени. После того, как физики начали всерьез воспринимать расчеты Вейля через десятилетия после их появления, они долгое время считали, что подобными частицами являются нейтрино, которые до экспериментов конца прошлого века считались безмассовыми.
Лишь недавно ученые нашли аналоги этих частиц внутри особых материалов, которые называются "вейлевскими полуметаллами". По своей сути эти материалы представляют собой трехмерные аналоги графена, электроны в которых, как и в самом "нобелевском углероде", ведут себя как фермионы Вейля – они не обладают массой, но имеют заряд.
Гут и его коллеги обнаружили, что подобные "полуметаллы" содержат в себе своеобразные аналоги гравитационных аномалий, возникавших во Вселенной во времена Большого Взрыва, изучая манеру движения электронов в экзотическом сплаве фосфора и ниобия, являющегося полуметаллом Вейля.
Наблюдая за электронами, ученые заметили, что число носителей электрического заряда с условно "левым" и условно "правым" спином сильно различалось в определенных условиях. Это противоречило теоретическим представлениям о поведении фермионов Вейля – эти квазичастицы должны формироваться парами, и число частиц с "левым" и "правым" спином должно быть одинаковым. Тем не менее, оно было разным, и при этом число "лишних" частиц сильно менялось в том случае, если один из концов кусочка полуметалла ученые нагревали или охлаждали.
Проанализировав столь необычное поведение электронов, ученые пришли к выводу, что эта необычная зависимость между температурой среды и числом "лишних" частиц с математической точки зрения является полным эквивалентом того, как нарушалась симметрия свойств элементарных частиц во времена Большого Взрыва под действием гравитационных аномалий.
Подобные нарушения, как отмечают ученые, интересны не только с точки изучения загадки исчезновения темной материи после Большого Взрыва и проверки теории струн, но и могут быть использованы для создания новых вычислительных систем и экзотических систем охлаждения компьютеров или извлечения энергии из тепла, если подобные условия времен Большого можно воспроизвести в менее экстремальных условиях.