地球上的引力異常

現代物理已經讓我們習慣於奇怪反直覺的現實概念，特別是以讓物理對象處於奇怪的疊加態而聞名的量子物理。例如，薛定諤的貓，無法決定是生是死。但有時候量子力學會更具決定性和破壞性。

對稱是物理學家的聖杯。對稱意味著可以某種方式轉變一個物體，但物體不會變化。例如，圓球可以任意角度旋轉，但看起來總是一樣的。物理學家稱其為旋轉對稱性。一旦物理系統的對稱性得到鑒定，就有可能預測其動態性質。

但有些時候量子力學法則會破壞在沒有量子力學的經典系統世界中就能愉快地存在的對稱性。即使對於物理學家，這看起來也很奇怪，他們將這一現象命名為「反常」。

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大部分時候，這種量子反常僅限於大型加速器實驗室探索的基本粒子物理世界，比如瑞士的歐洲核子中心的大型強子對撞機。但現在，一種名為外爾半金屬的類似於三維石墨烯的新材料使我們能在日常現象中實現破壞對稱性的量子反常，比如電流的形成。

在這種奇異的材料中，電子的行為方式與高能加速器中研究的基本粒子的一樣。這些粒子具有永不停息的奇怪性質，即必須一直以勻速運動。它們還具有另一個稱為自旋的性質。就像是一個微型磁體附著在粒子上，粒子就變成了兩個類別。自旋要麼與運動方向相同，要麼相反。

當我們說左手粒子和右手粒子時，這一性質被稱為手性。通常兩種除了手性之外均相同的不同類別粒子會具有各自單獨的對稱性，它們的數目也被單獨保存。但是，一種量子反常會摧毀它們和平的共存，將左手粒子改變為右手粒子，或者反之。

發表在7月21日的自然上的論文中，一個物理學家、材料科學家和弦論理論物理學家組成的國際團隊觀察到了這樣一種材料，受到最奇特的量子反常的影響，這種反常至今被認為只被愛因斯坦相對論中所描述的時空彎曲所觸發，此前被認為只會在宇宙深處觀察到。但令這個團隊驚訝的是，他們發現這同樣在地球上存在，具有固體物理學的性質。

IBM研究科學家、論文第一作者Johannes Gooth博士說道：「我們首次在地球上實驗觀察到了這一基本量子異常，對於我們理解宇宙極其重要。我們現在能基於這一反常建造此前從未想到過的新型固態物理設備，也許能避免經典電子設備中某些固有問題，比如晶體管。」

部分利用弦論的新計算表明如果在加熱這種材料的同時施加磁場，這種引力異常也可以產生電流。

UAM/CSIC理論物理研究所弦論教授Karl Landsteiner說道：「這是個難以置信的激動人心發現。我們能清楚地下結論認為在任何物理系統中都能觀察到相同的對稱性破壞，不管是在宇宙之初發生的還是今天地球上發生的。」

IBM科學家預測這一發現將打開感測器、交換器和熱電冷卻器或者能量收集設備的新的研發熱潮，改善能量消耗。

本文譯自 phys，由譯者 CliffBao 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

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