Masę można „stworzyć” wewnątrz grafenu, mówią fizycy

Natura masy jest jedną z największych, trwałych zagadek nauki. Co jest masa i skąd ona pochodzi, to pytania, które od wieków intrygowały naukowców i filozofów.

Tak więc sugestia, że ​​wewnątrz nanorurek węglowych można wytworzyć masę, spowoduje poważne zarysowania głowy.

Pomysł pochodzi od Abdulaziza Alhaidari z Saudyjskiego Centrum Fizyki Teoretycznej w Arabii Saudyjskiej i kilku kumpli, którzy zaczynają od przeglądu egzotycznych właściwości grafenu, dwuwymiarowego arkusza węglowego drucika z kurczaka.

Jednym z najbardziej ekscytujących nowych pomysłów w fizyce ciała stałego jest to, że grafen może pełnić rolę laboratorium do badania egzotycznej fizyki relatywistycznej. Okazuje się, że właściwości elektronowe grafenu można dostroić tak, aby ruch elektronów i dziur przez strukturę z prędkością 10^6 m/s był matematycznie odpowiednikiem zachowania elektronów poruszających się w próżni zbliżonej do prędkości światła .

W języku fizyki ich zachowaniem rządzi nie konwencjonalne równanie Schrodingera, któremu podlegają zwykłe elektrony, ale bezmasowe równanie Diraca, które opisuje fizykę relatywistyczną. Równania te nie uwzględniają masy (jak sama nazwa wskazuje), więc elektrony i dziury zachowują się tak, jakby nie miały masy.

Jest to ważne, ponieważ w przeszłości relatywistyczne zachowanie elektronów było dostępne tylko dla fizyków posiadających akcelerator cząstek o wysokiej energii na swoim podwórku. Teraz może to zrobić każde laboratorium wyposażone w węgiel, prąd i druty.

Doprowadziło to do ogromnego zainteresowania: jednym z pomysłów jest to, że nowa generacja urządzeń elektronicznych opartych na grafenie będzie w stanie wykorzystać efekty możliwe w fizyce relatywistycznej, zamiast używać zwykłych starych efektów waniliowych (chociaż dokładnie, w jaki sposób nie jest jeszcze jasne).

Przejdźmy teraz do wybryków, do jakich czasem posuwają się fizycy teoretyczni, myśląc o masie. Jedna z koncepcji głosi, że masa powstaje, ponieważ wszechświat ma dodatkowe, przypominające przestrzeń wymiary, które istnieją tylko w najmniejszej skali. Fizycy twierdzą, że te wymiary są zagęszczone.

Zwarte wymiary mają istotny wpływ na mechanikę kwantową, zmieniając równania opisujące wszechświat tak, aby zawierały określenie masy. W tych teoriach tak powstaje masa.

Pomysł Alhaidari i wsp. jest taki, że podobny efekt może wystąpić w grafenie, jeśli można skompaktować przestrzenne wymiary w grafenie. Innymi słowy, jeśli zmniejszysz liczbę kosmopodobnych wymiarów w grafenie z dwóch do jednego, bezmasowe równania, które opisują zachowanie elektronów i dziur, zmienią się i będą zawierały określenie masy. W efekcie zagęszczenie wymiarów tworzy masę.

Jak więc zagęszczać przestrzenne wymiary w grafenie? Proste, zwijasz to. To zmienia arkusz w rurę, która jest faktycznie jednowymiarowa, przynajmniej jeśli chodzi o elektrony i dziury.

Istnieje kilka ważnych matematycznych różnic między masą, którą można wygenerować w ten sposób, a materiałem, o który można stukać kostkami. Ale teraz fizycy mają szansę porównać efekty w zwykłym laboratorium.

Możliwość generowania lub niszczenia masy po prostu przez zmianę geometrii grafenu to potężny pomysł. Pierwszym wyzwaniem będzie odtworzenie efektu w laboratorium. Spodziewaj się, że w nadchodzących tygodniach fizycy półprzewodnikowi spalą olej o północy.

Poza tym pytanie brzmi, jak wykorzystać naszą nowo odkrytą władzę nad masą. Sugestie w sekcji komentarzy proszę.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1010.3437 : Dynamiczne generowanie masy poprzez kompaktowanie przestrzeni w grafenie

ukryć