Междисциплинарная группа исследователей обнаружила новую частицу — или ранее неизвестное возбуждение квантового поля — известную как аксиальная мода Хиггса буквально на лабораторном столе.
Это магнитный "родственник" всем известного бозона Хиггса — элементарной частицы, которая наделяет массой остальные частицы. Именно поэтому открытие бозона Хиггса стало в своё время величайшим открытием. Наделает ли новое открытие столько же шума?
В отличие от бозона Хиггса аксиальная мода Хиггса обладает магнитным моментом — способностью создавать и воспринимать магнитное поле.
Правда, для объяснения её свойств требуется модификация существующей теории, отметил ведущий соавтор открытия, профессор физики из Бостонского колледжа, Кеннет Бёрч.
Теории, которые предсказывали существование такой моды, были разработаны для объяснения свойств тёмной материи: невидимого вещества, которое составляет около четверти массы-энергии Вселенной, но проявляет себя только через гравитационное взаимодействие.
Поэтому авторы работы рассматривают аксиальную моду Хиггса как частицу-кандидат тёмной материи. (Но это далеко не единственный кандидат.)
Бозон Хиггса был достоверно обнаружен в ходе экспериментов на Большом адронном коллайдере — крупнейшем в мире ускорителе частиц с длиной окружности 26,7 километра. В 2012 году учёные отчитались о своих результатах в ходе международной пресс-конференции.
Команда, открывшая аксиальную моду Хиггса, пошла совсем по другому пути. И, что интересно, ей для этого не понадобились огромные коллайдеры: достаточно было обычного лабораторного стола. Исследователи сосредоточились на хорошо изученном квантовом материале — так называемом редкоземельном трителлуриде (RTe3), который можно изучать при комнатной температуре в "настольном" экспериментальном формате. Редкоземельным металлом в данном случае выступает лантан или гадолиний.
"Когда мой студент показал мне данные, я подумал, что он, должно быть, ошибается, – вспоминает Кеннет Бёрч. – Не каждый день вы находите на столе новую частицу".
Обнаружение "аксиального бозона Хиггса" предсказывалось физиками, которые изучают частицы высоких энергий и используют полученные данные и построенные теоретические выводы для объяснения тёмной материи, отмечает Бёрч. Однако его никогда ранее не наблюдали, хотя и видели его "следы" в разных системах.
Его появление в конденсированном веществе стало для учёных полной неожиданностью. Конденсированным веществом или состоянием физики называют такое состояние материи, когда число составляющих вещество или систему компонентов чрезвычайно велико, а взаимодействия между этими компонентами сильны. Простейший пример: кусок металла, в котором огромное количество атомов так сплочены между собой, что металл не растворяется в пространстве как облачко пара.
Учёные пишут, что это открытие предвещает обнаружение нарушений симметрии, которое не предусмотрено Стандартной моделью. Однако это пока лишь предположение.
Исследователи достигли квантового управления модой, просто изменяя поляризацию света при комнатной температуре. Такая простота эксперимента несравнима с теми экстремальными условиями, которые обычно необходимы для наблюдения новых частиц.
Бёрч при этом полагает, что используемые его командой экспериментальные методы могут применяться для исследований в других областях.
"Многие из этих экспериментов выполнялись студентом моей лаборатории, – сказал Бёрч. – Этот подход можно непосредственно применять к квантовым свойствам многочисленных коллективных явлений, включая моды в сверхпроводниках, магнитах, сегнетоэлектриках и волнах зарядовой плотности".
Все эти странные слова понятны только посвящённым, но даже обывателю ясно, что речь идёт о значительном упрощении целого ряда экспериментов.
Правда, для того чтобы узнать о том, что же именно делали студенты лаборатории Бёрча, учёным придётся досконально изучить статью, опубликованную командой в научном журнале Nature.
Ранее мы писали о разных теориях, в рамках которых физики пытались объяснить, из чего может состоять тёмная материя: может быть, из огромных "глыб вещества", а может, и совсем лёгких частиц.
Также мы писали о том, как именно бозон Хиггса может придавать частицам массу.
Больше поразительных новостей из мира науки вы найдёте в разделе "Наука" на медиаплатформе "Смотрим".
Обновление от 14 июня 2022 года: Математики из Колумбийского университета отмечают, что опубликованная в издании Nature статья посвящена эксперименту с конденсированной материей, который не имеет ничего общего с бозоном Хиггса (эффективные поля в системе конденсированной материи не имеют ничего общего с фундаментальными полями).
Другими словами, то, что наблюдали физики в ходе исследования, не является физической частицей высоких энергий, которые регистрируют в экспериментах на БАК. Это в лучшем случае квазичастица – понятие, которое исследователи вводят для упрощения описания сложных квантовых систем.
