Weylův polokov a axionový izolátor. Kredit: Johannes Gooth / MPI CPfS.

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.

Johannes Gooth. Kredit: MPI CPfS

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.

Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe, logo.

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.