Je to průlomový objev, který nás dostane na stopu temné hmoty? Není to průlomový objev? Mají na německém institutu Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe lidi, kteří by dokázali sestavit srozumitelnou tiskovou zprávu o Weylových polokovech? Toť otázka. Někdy to prostě není úplně jasné.
Web Nature v pondělí 7. 10. (2019) přinesl v pravidelné dávce top vědeckých objevů publikaci mladého materiálového fyzika Johannese Gootha ze zmíněného institutu a jeho kolegů, která hlásí detekci specifického jevu v krystalu takzvaného Weylova polokovu. Jde o podle všeho první experimentální doklad axionické vlny hustoty náboje (Axionic charge-density wave). Jenže podle tiskové zprávy Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe to prý znamená, že Gooth a spol. zahlédli extrémně usilovně hledané axiony, tedy oficiálně stále jen hypotetické elementární částice.
Fyzici pátrají po axionech už déle než 40 desetiletí. Používají k tomu řadu drahých a komplikovaných experimentů. Objev axionu by rozšířil Standardní model částicové fyziky. A hlavně, axion o malé hmotnosti je populárním kandidátem na chladnou temnou hmotu. Když se zaposloucháte do nočního ticha, tak není slyšet cinkání sklenek šampaňského po celém světě, ani divoké oslavy excitovaných fyziků. Autor komentáře je přesvědčený, že objev částice, která by mohla být alespoň v určitém procentu temnou hmotou, by svět uslyšel. A přečetl by si to na internetu, ve všech zpravodajstvích.
Jak to tedy je? Zatím jen těžko říct. Publikace v Nature dává výzkumu velkou váhu. Ohlášení v běžném zpravodajství by mu ale dalo váhu ještě mnohem větší. Tiskové zprávy výzkumných institucí bývají trefné, ale také se stane, že jsou plné nesmyslů. Časem se, doufejme, vše vyjasní, i s případnými oslavami. Prozatím můžeme počítat s tím, že Goothův tým objevil rysy axionů (signatures of axion particles) při pozorování Weylových fermionů, v tomto případě elektronů, ve Weylově polokovu o vzorci (TaSe4)2I. Za pokojové teploty je to 1D krystal, v němž Weylovy fermiony vedou elektrický proud.
Pokud dojde k ochlazení zmíněného materiálu na teplotu mínus 11 °C, tak jeho Weylovy fermiony zkondenzují do podoby krystalu, který právě představuje vlnu hustoty náboje a naruší krystalovou mřížku Weylova polokovu. Původně volné Weylovy fermiony jsou pak zafixované a z původního Weylova polokovu se stane axionový izolátor (Axion insulotor). Tak, jako se v kovových krystalech vyskytují volné elektrony, které vedou elektrický proud, tak i krystaly vlny hustoty náboje ve Weylově polokovu obsahují axiony, které rovněž mohou vést elektrický proud. Od elektronů se ale tyto axiony liší v tom, že při vystavení souběžným elektrickým a magnetickým polím ovlivňují magnetoelektrickou vodivost.
Klíčovým výsledkem Goothova týmu by tedy mělo být, že v krystalu v krystalu vlnu hustoty náboje ve Weylově polokovu skutečně nesou elektrický proud. Pro badatele prý bylo překvapením, když se jim v materiálech, s nimiž již dlouho pracují, zjevily pozoruhodné kvantové částice. Teď prý hodlají zkoumat axiony v laboratorních experimentech, jednak kvůli axionům samotným, a pak také kvůli vývoji nových materiálů.
Video: Talks - Topology Matters - Claudia Felser/Johannes Gooth
Literatura
Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe 7. 10. 2019, Nature online 7. 10. 2019.
Tajuplné Weylovy ferminony s nulovou hmotností objeveny po 85 letech
Autor: Stanislav Mihulka (18.07.2015)
V exotickém materiálu mizí elektrony jako Alenka v králičí noře
Autor: Stanislav Mihulka (13.03.2016)
Vědci pozorovali kvantovou anomálii v exotickém umělém materiálu
Autor: Stanislav Mihulka (25.07.2017)
Diskuze:
jsou to kvazičástice
Pavel Brož,2019-10-09 21:37:27
Jak už tady níže zaznělo, tyto "axiony" jsou opravdu jenom kvazičástice, tedy kolektivní excitace skutečných elementárních částic, a s těmi ze Standardního částicového modelu nemají nic společného, kromě toho, že ve velmi limitovaném intervalu energií (což je podstatné, mimochodem tato podmínka platí pro všechny kvazičástice) a ve velmi specifických pevnolátkových strukturách v některých vlastnostech napodobují skutečné elementární částice, zde hypotetické elementární axiony, které zatím nikdo neobjevil. Sami autoři to na rovinu uváději ve svém článku zde:
https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1906/1906.04510.pdf
kde hned na začátku třetí stránky píší:
"Axions refer to elementary particles that have long been known in quantum field theory, but have yet to beobserved in nature. However, it has been recently understood that axions can emerge as collective electronic excitations in certain crystals, so-called axion insulators."
tedy česky zhruba:
"(Název) axiony odkazuje na elementární částice již dávno známé v kvantové teorii pole, které ale zatím nebyly v přírodě objeveny. Nicméně nedávno se vyjasnilo, že axiony mohou vznikat jako kolektivní excitace elektronů v některých krystalech nazývaných axionové izolátory".
Ke cti autorů tedy slouží, že nepředstírají, že jejich objev je objevem elementárních částic. Mnozí jiní pevnolátkoví výzkumníci ve vyjádřeních pro neodborná média rádi zamlčují skutečnost, že výsledky jejich výzkumů se většinou týkají kvazičástic, nikoliv částic, a v jejich článcích kolikrát místo slova quasiparticle vystupuje pouze slovo particle, i když je evidentní, že se jedná o kvazičástice.
kvazičástice vs elementární částice
Martin Ondracek,2019-10-09 12:25:25
Axionům sice vůbec nerozumím (ač bych asi měl, není to tak daleko od mého oboru), ale vysvětlení, proč nejsme svědky cinkání sklenek šampaňského v rukou fyziků divoce slavících vysvětlení záhady temné hmoty je myslím dost zřejmé. Ty ohlášené axiony jsou kvazičástice, vyskytující se ve zmiňovaném polokovu (TaSe4)2I. Nejsou to elementární částice a nejsou schopné samostatné existence ve vakuu. Dokud tedy nebude náš vesmír vyplněný polokovem (TaSe4)2I, tak tyto axiony temnou hmotu nevysvětlí (a vesmír, který by nějakým polokovem vyplněný byl, by, obávám se, žádnou temnou hmotu nepotřeboval).
Re: kvazičástice vs elementární částice
Jiri Naxera,2019-10-09 16:04:58
A ja sice tomu taky nerozumim, ale dovolil bych si prijit s hypotezou, proc ma publikace v Nature velkou vahu, i kdyz to na nobelovku za vysvetleni temne hmoty neni.
Odhadoval bych ze je to podobne jako systemy analogicke gravitace (analog gravity). Popularne se o nich muzeme docist v clancich jako "fyzikove vyrobily na stole cernou diru", ve skutecnosti jde o systemy, ktere maji s cernou dirou spolecne jen rovnice, ktere je popisuji.
A k cemu je to dobre? Treba k tomu, ze cernou diru vyrobit neumime, asi by to ani nebylo ani moc moudre, a i kdybychom ji meli, tezko strcime jeden merak ven kousek nad horizont a druhej dovnitr. Takze jsme odkazani na rovnice ktere nejak chapeme, ne vzdy nutne spravne, a pokud pozorujeme treba nenulovou analogickou teplotu horizontu, pak mame experimentalni argument pro tvrzeni pana Unruha a Hawkinga. viz tu https://en.wikipedia.org/wiki/Hawking_radiation#Experimental_observation
ad polokov: No jedna hypoteza na tema temne hmoty a proc ji nedetekujeme byla supratekutina https://backreaction.blogspot.com/2015/08/superfluid-dark-matter.html to uz je pobliz :)
Rastislav Rechtorik,2019-10-09 11:06:14
"Fyzici pátrají po axionech už déle než 40 desetiletí."
To ako vedľajšák pri transformácii kovov a miešaní nápojov nesmrtelnosti?
Re:
Libor Zak,2019-10-09 19:54:57
Už při stavbě pyramid :-). Ale překlep se stane. Jako vždy super článek.
Re: Re:
Libor Zak,2019-10-09 19:56:52
Sakra, tak daleko to opravdu nebylo, pro změnu mé přehlédnutí, trefilo by to ty alchymisty. ;)
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
