L’osservazione del bosone di Higgs ha rafforzato il Modello Standard della fisica delle particelle. Tuttavia, le spiegazioni per anomalie come la materia oscura si basano su un’ulteriore rottura della simmetria, invocando la modalità di Higgs assiale sconosciuta.

Un team interdisciplinare guidato dai fisici del Boston College ha scoperto una nuova particella – o eccitazione quantistica precedentemente non rilevabile – nota come modalità di Higgs assiale, un relativo magnetico per determinare la massa. Bosone di Higgs particella. A differenza dell’originale, la posizione assiale di Higgs ha un momento magnetico. Richiede una forma più complessa di teoria per spiegare le sue proprietà.

Kenneth Burch, professore di fisica al Boston College e coautore principale del rapporto, ha dichiarato: “Le teorie che prevedevano l’esistenza di una tale situazione sono state invocate per spiegarla materia oscura. “

Gli scienziati si sono concentrati su una sostanza quantistica ben studiata chiamata RTe3, o tellururo di terre rare, in una forma sperimentale da tavolo. Imita le proprietà dei materiali teorici che producono la modalità di Higgs assiale. Tuttavia, il difficile compito di trovare la particella di Higgs, in generale, è lo scarso accoppiamento con sonde sperimentali, come raggi di luce.

Porsche ha detto, “La rivelazione delle precise proprietà quantistiche delle particelle richiede in genere configurazioni sperimentali abbastanza complesse che includono enormi magneti e laser ad alta potenza mentre si raffreddano i campioni a temperature estremamente basse”.

Gli scienziati hanno superato queste sfide utilizzando la tecnologia di diffusione della luce e un’adeguata selezione di simulazione quantistica, che è essenzialmente un materiale che imita le caratteristiche desiderate dello studio. Si sono concentrati principalmente su un composto noto da tempo per avere un'”onda di densità di carica”, cioè lo stato in cui gli elettroni si auto-organizzano con una densità periodica nello spazio.

Porsche ha detto, La teoria di base di questa onda imita i componenti del Modello Standard della fisica delle particelle. Tuttavia, in questo caso, l’onda di densità di carica (CDW) è molto caratteristica”.

CDW sorge ben al di sopra della temperatura ambiente e comporta la modulazione della densità di carica e degli orbitali atomici. Ciò consente al bosone di Higgs associato a questa onda di densità di carica di avere componenti aggiuntivi, cioè può essere coassiale, il che significa che ha momento angolare.

Leter, gli scienziati hanno utilizzato la diffusione della luce per determinare l’esatta natura di questo modello. Brillano un laser sul materiale. Il cambiamento di colore risulta dalla luce che crea il bosone di Higgs nel materiale, mentre la polarizzazione è sensibile alle componenti di simmetria della particella.

Inoltre, gli scienziati possono creare una particella con diversi componenti grazie alla corretta selezione dell’incidente e della polarizzazione verso l’esterno, come un magnetismo assente o uno rivolto verso l’alto. Utilizzando un aspetto di base di Meccanica quantistica, hanno sfruttato il fatto che questi componenti annullano una singola composizione. Tuttavia, per una configurazione diversa.

Porsche ha detto, “In quanto tale, siamo stati in grado di rivelare la componente magnetica nascosta e dimostrare la scoperta della prima modalità di Higgs assiale”.

Si prevede che la fondamentale scoperta di Higgs nella fisica delle particelle ad alta energia spieghi la materia oscura. Tuttavia, non è stato notato. La sua apparizione in un sistema di materia condensata era piuttosto sorprendente e prefigurava la scoperta di un nuovo stato di simmetria, imprevisto e rotto. Contrariamente alle condizioni estreme normalmente richieste per osservare nuove particelle, questo è stato fatto a temperatura ambiente in un esperimento desktop in cui otteniamo il controllo quantitativo della modalità semplicemente cambiando il polarizzazione della luce. “

Porsche Egli ha dettoE il “Le tecniche sperimentali apparentemente accessibili e dirette che il team ha implementato possono essere applicate per studiare in altre aree”.

“Molti di questi esperimenti sono stati eseguiti da uno studente universitario nel mio laboratorio. Questo approccio può essere applicato direttamente alle proprietà quantistiche di molti fenomeni collettivi, inclusi i modelli nei superconduttori, magneti, materiale ferroelettrico e onde di densità di carica. Inoltre, portiamo uno studio Quantitative interferenza nei materiali con fasi correlate e/o topologiche a temperatura ambiente per superare la difficoltà di condizioni sperimentali difficili.

Riferimento del giornale:

1. Wang, Y, Petrides, I, McNamara, J, et al. La modalità di Higgs assiale è stata rilevata dall’interferenza del percorso quantistico a RTe3. Natura (2022). DOI: 10.1038 / s41586-022-04746-6