Физики воссоздали "кусочек" Большого взрыва в лаборатории

МОСКВА, 21 июл — РИА Новости. Физики из Европы и США создали необычный материал, содержащий внутри своеобразный аналог гравитационных аномалий, которые существовали во время Большого взрыва и, предположительно, были связаны с тайной исчезновения антиматерии из Вселенной, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.

"Нам впервые удалось воспроизвести на Земле эту фундаментальную квантовую аномалию, что крайне важно для развития наших представлений о природе Вселенной. Теперь мы можем построить новые электронные приборы, работе которых не будут мешать те феномены, которые мы раньше считали непреодолимыми", — рассказывает Йоханнес Гут (Johannes Gooth) из Гамбургского университета (Германия). 

В 1929 году немецкий математик Герман Вейль изучал свежие на тот момент уравнения, выведенные Полем Дираком для описания манеры движений и поведения электрона, позитрона и других "жителей" микромира, ведущих себя одновременно как волна и частица.

Вейль обнаружил, что формулы допускают существование крайне экзотических частиц, не обладающих массой и движущихся со скоростью света по особым законам, не совместимым с физикой того времени. Физики начали всерьез воспринимать расчеты Вейля через десятилетия после их появления. Долгое время в качестве кандидатов на подобные частицы рассматривали нейтрино, которые до экспериментов конца прошлого века считались безмассовыми.

Лишь недавно ученые нашли аналоги этих частиц внутри "вейлевских полуметаллов". По своей сути эти материалы представляют собой трехмерные аналоги графена, электроны в которых, как и в самом "нобелевском углероде", ведут себя как фермионы Вейля: они не обладают массой, но имеют заряд. 

Гут и его коллеги обнаружили, что "полуметаллы" содержат в себе аналоги гравитационных аномалий, возникавших во Вселенной во времена Большого взрыва, изучая манеру движения электронов в экзотическом сплаве фосфора и ниобия.

Наблюдая за электронами, ученые заметили, что число носителей электрического заряда с условно "левым" и условно "правым" спином сильно различалось в определенных условиях. Это противоречило теории поведении фермионов Вейля, согласно которой данные квазичастицы должны формироваться парами, то есть число частиц с "левым" и "правым" спином должно быть одинаковым. Тем не менее оно было разным, и при этом число "лишних" частиц сильно менялось в том случае, если один из концов кусочка полуметалла нагревали или охлаждали. 

Проанализировав необычное поведение электронов, ученые пришли к выводу, что зависимость между температурой среды и числом "лишних" частиц с математической точки зрения является полным эквивалентом того, как нарушалась симметрия свойств элементарных частиц во времена Большого взрыва под действием гравитационных аномалий.

Подобные нарушения, как отмечают ученые, интересны не только с точки зрения изучения загадки исчезновения темной материи после Большого взрыва и проверки теории струн. Их можно использовать для создания новых вычислительных систем и экзотических систем охлаждения компьютеров, а также для извлечения энергии из тепла, если их удастся воспроизвести условия в менее экстремальных условиях, чем при Большом взрыве.