"En mi trabajo, siempre intenté 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 el 'HermannWeyl room 'en el edificio principal de ETH Zurich, detrás de una escultura del matemático, físico y filósofo alemán Hermann Weyl, quien fue profesor de matemáticas superiores en ETH de 1913 a 1930. Durante ese tiempo, pero durante el año académico1928-1929 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 las partículas sin masa spin-1/2, que ahora se conocen como fermiones Weyl.hoy en el diario Física de la naturaleza , Valerio Peri y su colega Marc Serra-Garcia en el grupo de Sebastian Huber en el 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 quehan observado una característica intrigante y conceptualmente de gran alcance de la teoría tradicional de Weyl: la posibilidad de tener un campo de fondo que se acople de manera diferente a los fermiones de Weyl de quiralidad opuesta.
Los fermiones de Weyl tuvieron su origen en la descripción de partículas relativistas, pero según los informes, Weyl se enamoró de esta creación suya, sobre todo porque 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 experimentalmente 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 existen en estructuras periódicas diseñadas que interactúan con ondas clásicas, en particular con ondas electromagnéticas en cristales fotónicos y con ondas acústicas en cristales fonónicos. Peri y sus colegas adoptaron la última plataforma, que consiste en su caso de4800 celdas unitarias cuidadosamente diseñadas e impresas en 3D dispuestas en una estructura 3D en la foto de arriba, en la que interactúan con ondas de sonido en el aire.
Se ha establecido anteriormente que tales 'metamateriales acústicos' son plataformas adecuadas para explorar la física de Weyl, 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 una manera similar a cómo unEl 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 geometríade las celdas unitarias, de modo que la ubicación espacial en la que aparecen los puntos de 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.diseñó el campo de fondo de modo que se acople de manera diferente a los dos tipos en los que vienen los fermiones de Weyl: aquellos con su momento angular intrínseco o giroalineados en paralelo con su momento lineal, y aquellos allí la alineación es antiparalela.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 llega al corazón de por qué los fermiones de Weyl son tan emocionantes en su contexto original, es decir, en la física de partículas. Cuando se pueden manipular fermiones de diferente quiralidadindependientemente uno del otro, entonces las leyes de conservación clásicas pueden romperse a nivel cuántico, ya que, por ejemplo, no se conserva el cargo por fermiones de una quiralidad dada. Tal comportamiento da lugar a la llamada 'anomalía quiral', que a su vezpodría ser la clave para comprender las características centrales del modelo estándar de física de partículas.
Peri y sus colegas ahora han demostrado la existencia de distintos 'canales quirales', dándoles acceso independiente a fermiones de Weyl de quiralidad opuesta en un sistema a granel. Resultados relacionados han sido reportados previamente para sistemas electrónicos en dos dimensiones.El comportamiento profundamente arraigado 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 a fondo los fenómenos relacionados con los fermiones de Weyl que se han predicho teóricamente, y para tomar medidas adicionales para explotarlos.comportamiento en áreas tecnológicas, que van desde la acústica hasta la electrónica, sin perder de vista la 'belleza' subyacente que guió a Hermann Weyl.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por ETH Departamento de Física de Zurich . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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