Forskere oppdaget en ny type Higgs-slektning på de mest usannsynlige stedene


Noen ganger krever oppdagelsen av ny fysikk vanvittige energinivåer. Store maskiner. Fancy utstyr. Utallige timer med sikting gjennom mengder av data.

Og noen ganger kan den rette kombinasjonen av materialer åpne en døråpning til usynlige riker i et rom som er litt større enn en bordplate.

Ta denne nye typen i forhold til Higgs boson, for eksempel. Den ble funnet på lur i en romtemperaturklump av lagdelte tellurkrystaller. I motsetning til sin berømte fetter, tok det ikke år med å knuse opp partikler for å oppdage det heller. Bare en smart bruk av noen lasere og et triks for å veve opp fotonets kvanteegenskaper.

“Det er ikke hver dag du finner en ny partikkel på bordplaten din,” sier Kenneth Burch, en fysiker fra Boston College og hovedmedforfatter av studien som kunngjorde oppdagelsen av partikkelen.

Burch og kollegene hans fikk øye på det som er kjent som en aksial Higgs-modus, en kvantevrikning som teknisk sett kvalifiserer som en ny type partikkel.

Som så mange oppdagelser innen kvantefysikk, vil observasjon av teoretisk kvanteatferd i aksjon komme oss nærmere å avdekke potensielle sprekker i Standard modell og hjelper oss til og med å finne ut av å løse noen av de gjenværende store mysteriene.

“Deteksjonen av den aksiale Higgs ble spådd i høyenergipartikkelfysikk for å forklare mørk materiesier Burch.

“Men den har aldri blitt observert. Dens opptreden i et kondensert materiesystem var fullstendig overraskende og varsler oppdagelsen av en ny ødelagt symmetritilstand som ikke var forutsagt.”

Det er 10 år siden Higgs boson ble formelt identifisert midt i blodbadet av partikkelkollisjoner av CERN-forskere. Dette avsluttet ikke bare jakten på partikkelen, men lukket løst den siste boksen i standardmodellen – dyrehagen av grunnleggende partikler som utgjør naturens komplement av murstein og mørtel.

Med Higgs feltsin oppdagelse, kunne vi endelig bekrefte vår forståelse av hvordan komponenter i modellen fikk masse mens de var i ro. Det var en stor seier for fysikk, en seier vi fortsatt bruker for å forstå materiens indre mekanikk.

Mens en enkelt Higgs-partikkel eksisterer i knapt en brøkdel av et sekund, er det en partikkel i ordets sanneste betydning, som blinker kort inn i virkeligheten som en diskret eksitasjon i et kvantefelt.

Det er imidlertid andre forhold der partikler kan gi masse. Et brudd i den kollektive oppførselen til en bølge av elektroner kalt en ladningstetthetsbølge, for eksempel, ville gjøre susen.

Denne ‘Frankensteins monster’-versjonen av Higgs, kalt en Higgs-moduskan også vises med trekk som ikke sees hos dens mindre lappeteppede fetter, for eksempel en begrenset grad av vinkelmomentum (eller spinn).

En spin-1 eller aksial Higgs-modus gjør ikke bare en lignende jobb som Higgs boson under svært spesifikke omstendigheter, det (og kvasipartikler liker det) kan gi interessante grunnlag for å studere den skyggefulle massen av mørk materie.

Som en kvasipartikkel kan den aksiale Higgs-modusen bare sees komme frem fra den kollektive oppførselen til en folkemengde. Å oppdage den krever å kjenne dens signatur midt i en vask av kvantebølger og deretter ha en måte å sile den ut av kaoset.

Ved å sende perfekt koherente lysstråler fra to lasere gjennom slikt materiale og deretter se etter avslørende mønstre i justeringen deres, avdekket Burch og teamet hans ekkoet av en aksial Higgs-modus i lag med sjeldne jordarts-tritellurid.

“I motsetning til de ekstreme forholdene som vanligvis kreves for å observere nye partikler, ble dette gjort ved romtemperatur i et bordeksperiment der vi oppnår kvantekontroll av modusen ved bare å endre polarisasjonen av lys.” sier Burch.

Det er mulig det kan være mange andre slike partikler som dukker opp fra virvaret av kroppsdeler som utgjør eksotiske kvantematerialer. Å ha en måte å enkelt få et glimt av deres skygge i lyset av en laser kan avsløre en hel litani av ny fysikk.

Denne forskningen ble publisert i Natur.