В компьютерных моделях ученые обнаружили новую квазичастицу, названную питоном. Она состоит из двух электронов и двух дырок. Эксперименты с титанатам Самария подтверждают ее существование.
Существует несколько типов частиц: элементарные, классифицируемые по вращению, и составные, к которым относятся адроны, атомы и молекулы.
Также существуют квазичастицы, которые образуются в разных системах частиц. КвазичастицыЭто явления, которые происходят, когда твердые тела или другие микроскопически сложные системы действуют так, словно состоят из отдельных слабо взаимодействующих частиц.
Представим несколько атомов, упорядоченных в кристалле определенным образом. Каждый атом содержит движущийся электрон. В любой данный момент электрона из одного атома может не быть. Это называется дырой, самой простой квазичастицей.
Движение электрона вверх от соседнего атома приводит к закрытию первоначальной дырки и образованию новой. Изучение движения дырки более простое, чем следование за случайным перемещением электронов.
Движение электронов влево обусловлено физическими законами и вызывает движение дырок вправо. Однако в отличие от электронов, наличие дырок связано с присутствием других частиц, например, электронов.
Исследователи из Венского технического университета изучали квазичастицы. Раскрыли трудности в описании отдельных частиц и квазичастиц.
Стандартное описание частиц возможно только в контексте их окружения. Возбуждения частиц-дырок происходят мгновенно, даже без присутствия внешних воздействий. Без таких возбуждений, например, масса электрона была бы иной. Почти во всех экспериментах (включая те с обычными электронами) мы наблюдаем квазичастицу под названием «электрон».
В физике полупроводников встречаются сложные квазичастицы. Одна из них — электрически нейтральная квазичастица, называемая экситоном. Это связанное состояние электрона и дырки, притягивающиеся друг к другу за счет кулоновской силы.
Ранее неизвестная квазичастица
Для изучения экситонов исследователи создали компьютерную модель и измерили квантовые физические эффекты в кристаллах. В ходе экспериментов обнаружили новый вид квазичастиц.
Новая квазичастица состоит из двух электронов и двух дырок, объединенных спином или флуктуациями плотности. Изменение характера флуктуаций на 180 градусов от точки к точке кристаллической решетки обусловило название «Пи-тон».
Пи-Тон возникает случайно, поглощая фотон. Когда фотон пропадает, его вновь излучают.
Несмотря на то, что Пи-Тоны наблюдались и проверялись только в компьютерных симуляторах, исследовательская группа считает их существующими в природе. Исследователи изучали это явление с помощью моделей, все из которых предполагают возможность обнаружения Пи-Тона в различных материалах.
Несколько опытов, проведённых на титанатном материале самария, указывают на наличие Пи-Тона. Но для подтверждения его существования нужно провести ещё исследования с участием нейтронов и фотонов.
Открытие пи-тона позволит учёным глубже изучить взаимодействие света и твёрдых тел, явление, имеющее важное значение для многих технических разработок, начиная от фотоэлектрических устройств и заканчивая полупроводниковыми технологиями.