物理学中的「粒子团队」,电脑模拟发现新的準粒子-

物理学中的「粒子团队」,电脑模拟发现新的準粒子

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基本粒子是组成物质最基本的单位,然而在凝态物理学中,粒子的定位又变得很模糊,比如被称为「準粒子」的系统──由多个粒子组成、但表现行为像单一粒子。最近科学家利用电脑模拟发现新的準粒子,命名 Pi-ton,研究人员认为可以在光子或中子实验中验证 Pi-ton 的存在。

準粒子(quasi particle)又称集体激发(collective excitations),在物理学中是一种微观的涌现现象,由许多粒子交互作用组成一个大系统,但行为表现有点像粒子。

维也纳工业大学固态物理学研究所教授 Karsten Held 解释,最简单的準粒子像个洞,想像一下许多原子规则的排列在晶体中,每个原子上都有一个电子,当电子移动到相邻的原子上就会在原本位置留下电洞(Electron hole),但与在晶体外部也能观察到的电子不同,电洞仅存在于和其他粒子同时发生之际,在这种情况下,可以说是最简单的「準粒子」系统。

也有更複杂的準粒子,比如激子,它是由电子和电洞组成的束缚态,电子带负电,电洞带正电,两者相互吸引形成键结。而维也纳工业大学团队想研究的準粒子便是激子,他们开发了电脑模拟来计算固体中的量子物理效应,然而意外的是,模拟过程却出现了一种全新準粒子,由 2 个电子和 2 个电洞组成,研究团队为它起名「pi-ton」。

该团队已经利用各种模型验证了 pi-ton 準粒子反覆出现,也就是说,我们有很大机会在各种材料中检测到 pi-ton 準粒子的存在,Karsten Held 指出,一些实验数据似乎已在钛酸钐(samarium titanate)中检测到 pi-ton,如果之后进行光子或中子实验,应该更容易发现这种新的準粒子。

pi-ton 準粒子有助于科学家更理解光与固体之间的耦合,并且在从半导体和光伏技术中都将发挥重要作用。新论文发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)期刊。

  • New quasi-particle discovered: the Pi-ton
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