由波士顿学院物理学家领导的跨学科科学家团队周三宣布，他们发现了一种新型粒子（或以前无法检测到的量子激发），称为轴向希格斯模式，负责确定质量。希格斯玻色子的磁性亲戚。该团队于6 月8 日在期刊《自然》 的网络版上发表了他们的报告。
十年前，人们一直在寻找的希格斯玻色子的探测成为理解质量的核心。这项新研究的主要合著者、波士顿学院物理学教授肯尼思·伯奇(Kenneth Burch) 表示，与它的母体不同，轴向希格斯模式具有磁矩，这需要更复杂的理论形式来解释其特性。
伯奇说，预测这种模式存在的理论被用来解释“暗物质”，这种几乎看不见的物质构成了宇宙的大部分，但只有通过重力才能显现出来。
希格斯玻色子是通过大型粒子对撞机的实验发现的，该团队专注于稀土金属碲化物（RTe3），这是一种经过充分研究的量子材料，可以在室温下产生光，并以“桌面”实验形式进行检查。
“并不是每天都会在桌面上发现新的粒子，”伯奇说。
Burch 说，RTe3 的特性模仿了产生轴向希格斯模式的理论。但他说，总的来说，寻找希格斯粒子的核心挑战是它们与实验探针（例如光束）的弱耦合。同样，揭示粒子微妙的量子特性通常需要相当复杂的实验装置，包括巨型磁铁和高功率激光器，同时将样品冷却到极低的温度。
该团队报告说，它通过独特地利用光散射并适当选择量子模拟器（本质上是模拟研究所需特性的材料）克服了这些挑战。
伯奇说，具体而言，研究人员专注于一种长期以来已知具有“电荷密度波”的化合物，在这种状态下，电子在空间中以周期性密度组织自身。
他补充说，这种波的基本理论模仿了粒子物理标准模型的组成部分。然而，在这种情况下，电荷密度波非常特殊，出现在远高于室温的温度下，并且涉及电荷密度和原子轨道的调制。这为与该电荷密度波相关的希格斯玻色子提供了一个附加分量，即它可能是轴向的，这意味着它包含角动量。
伯奇解释说，为了揭示这种图案的微妙本质，研究小组使用了光散射，即用激光照射材料，这可以改变颜色和偏振。颜色变化是由于光在材料中产生希格斯玻色子造成的，而偏振对粒子的对称分量敏感。
“结果，我们能够揭示隐藏的磁性成分，并证明第一个轴向希格斯模式的发现，”伯奇说。
伯奇说：“高能粒子物理学中预测轴向希格斯粒子的检测可以解释暗物质。” “然而，它从未被观察到。它在凝聚态物质系统中的出现是完全令人惊讶和不祥的。”我们发现了一种尚未预测到的新破缺对称态，而不是观察新粒子通常所需的极端条件。这是在室温下的桌面实验中完成的，我们可以通过简单地改变光的偏振来实现。这种模式的量子控制。”
伯奇表示，该团队部署的看似易于使用且简单的实验技术可以应用于其他研究领域。
“其中许多实验是由我们实验室的一名本科生进行的，”伯奇说。 “这种方法可以直接应用于许多集体现象的量子特性，包括超导体、磁体、铁电体和电荷密度波模式。此外，我们还将对具有相关和/或拓扑相的材料中的量子干涉的研究带入室内。温度，克服了极端实验条件的困难。”
除了Burch 之外，波士顿学院报告的共同作者还包括本科生Grant McNamara、最近的博士生Yiping Wang 和博士后研究员Md Mofazzel Hosen。伯奇说，王获得了美国物理学会颁发的磁学最佳论文奖，部分原因是她在该项目上的工作。
伯奇表示，利用来自不列颠哥伦比亚省、哈佛大学、普林斯顿大学、马萨诸塞大学、马萨诸塞大学阿默斯特分校、耶鲁大学、华盛顿大学和中国科学院的研究人员的广泛专业知识至关重要。
“这显示了跨学科努力揭示和控制新现象的力量，”伯奇说。 “并不是每天都能在一部作品中获得光学、化学、物理理论、材料科学和物理学的知识。”
此外，通过适当选择传入和传出偏振，可以创建具有不同成分的粒子，例如非磁性粒子或指向上方的成分。他们利用量子力学的一个基本方面，利用了这样一个事实：对于一种配置，这些组件相互抵消。然而，对于不同的配置，它们会增加。
