科學家們首次觀察到引力對微觀粒子的影響

人類可能永遠不會探索黑洞周圍的區域或黑洞本身，至少在你還活著的時候這是不可能實現的。這主要是因為大多數黑洞都太遙遠了，即使我們能去黑洞那裡，我們也不可能在他們的強大的引力下倖存下來。這意味著：如果我們想研究極端重力可能帶來的古怪影響，我們必須要有創造力，這正是一個國際物理學家團隊剛剛完成的。

圖片：Image: US DOE/Public Domain

這些物理學家們現在報告一個所謂的「重力異常」的一種特殊的物質，叫做Weyl半金屬。論文的結果和實驗裝置在不久的將來可能有重要的應用，最為激動的是相對較新的Weyl半金屬將允許在這些奇怪的模型中觀測重力效應。

這真是有史以來第一次在一個實驗中看見它，即使它僅僅是通過類比，哈佛物理系的教授Subir Sachdev，他沒有參與這項研究，然而他說：在所有的物理學中，沒有人見過這樣的東西。

「引力異常」是指時空本身對「費米子」行為的影響，包括電子的粒子的類型。所有的粒子都有一個天生的屬性稱為「自旋」，而在電子中科學家們把這個價成是「上升」或「下降」。除此之外，如果費米子沒有大量的話，根據物理學定律 - 這就是無質的情況。然後自旋可以指向顆粒移動的相同方向或相反方向 - 這被稱為「手性」。重力異常，空間形狀的變化可能導致這種手性的不平衡。

不過，科學家不能改變實驗室的時空形狀。相反他們需要一個無質量費米子穿越扭曲的時空很好的模擬。一種特殊的晶體稱為Weyl半金屬作為「空間」。Weyl半金屬特別是因為它們的電子就像是無質量的總是移動，馬德里自治大學的Karl Landsteiner解釋說。他們添加了一個溫度梯度，這意味著要重力，並且隨著對稱性的破壞，粒子的手性被交換，從而導致手性不平衡。研究人員今天在自然雜誌上發表了他們的研究結果。「所以告訴我們關於世界的是引力異常效應可能存在，」來自漢堡大學的IBM研究員Johnannes Gooth和IBM研究公司告訴Gizmodo。

你可能會想到什麼？溫度和重力是不一樣的。這甚至可以提醒你去看年的實驗，科學家似乎證明黑洞輻射，但是使用聲波而不是真正的粒子。但是相關科學家肯定的說：愛因斯坦的理論意味著溫度梯度和重力的能量梯度可以被類似地對待。如果某些東西適用於一個，它應該適用於另一個。

沒有人懷疑能量輻射和引力場之間的類比，Sachdev說：這對我而言是很好的，「觀察與重力將更多或更少的不可能。「你需要一個強大的引力場，你可能會去一個黑洞附近，但從來沒有人這樣做。」

你也可能想知道為什麼IBM關心這個。除了空間本身的形狀可以影響顆粒的一個很好的證明之外，對移動電荷的行為具有這種程度的控制可以具有重要的技術應用。長期以來，我們可以通過熱梯度，一些發電介質中的溫度變化來發電。「但這是一個非常低效的過程，」Gooth說：這是因為正常的電子在這個熱轉換過程中是壞的。但是我們現在認為這種引力異常我們可以規避某些限制，使得這種轉換非常有效率。」

在未來的某一天，這種重力異常可能會讓你對你的褲子進行摩擦從而給手機充電。這些應用似乎很遙遠遠，是在一個古怪的系統這一古怪行為的觀察主要興奮。沒有限制的想像可能發生的地方。

在一個古怪的系統中主要的興奮是觀察這種古怪的行為，想像其中可能發生的地方沒有限制。這種「引力異常」在所有某些物理系統中都被遵守，Gooth說：在恆星，宇宙初期或我們的晶體管中它都必須服從。

作者：Ryan F. Mandelbaum

編譯：光量子，審校：博科園

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