由波士頓學(xué)院物理學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的跨學(xué)科科學(xué)家團(tuán)隊(duì)周三宣布，他們發(fā)現(xiàn)了一種新型粒子（或以前無(wú)法檢測(cè)到的量子激發(fā)），稱為軸向希格斯模式，負(fù)責(zé)確定質(zhì)量。希格斯玻色子的磁性親戚。該團(tuán)隊(duì)于6 月8 日在期刊《自然》 的網(wǎng)絡(luò)版上發(fā)表了他們的報(bào)告。

十年前，人們一直在尋找的希格斯玻色子的探測(cè)成為理解質(zhì)量的核心。這項(xiàng)新研究的主要合著者、波士頓學(xué)院物理學(xué)教授肯尼思·伯奇(Kenneth Burch) 表示，與它的母體不同，軸向希格斯模式具有磁矩，這需要更復(fù)雜的理論形式來(lái)解釋其特性。

伯奇說(shuō)，預(yù)測(cè)這種模式存在的理論被用來(lái)解釋“暗物質(zhì)”，這種幾乎看不見(jiàn)的物質(zhì)構(gòu)成了宇宙的大部分，但只有通過(guò)重力才能顯現(xiàn)出來(lái)。

希格斯玻色子是通過(guò)大型粒子對(duì)撞機(jī)的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的，該團(tuán)隊(duì)專(zhuān)注于稀土金屬碲化物（RTe3），這是一種經(jīng)過(guò)充分研究的量子材料，可以在室溫下產(chǎn)生光，并以“桌面”實(shí)驗(yàn)形式進(jìn)行檢查。

“并不是每天都會(huì)在桌面上發(fā)現(xiàn)新的粒子，”伯奇說(shuō)。

Burch 說(shuō)，RTe3 的特性模仿了產(chǎn)生軸向希格斯模式的理論。但他說(shuō)，總的來(lái)說(shuō)，尋找希格斯粒子的核心挑戰(zhàn)是它們與實(shí)驗(yàn)探針（例如光束）的弱耦合。同樣，揭示粒子微妙的量子特性通常需要相當(dāng)復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)裝置，包括巨型磁鐵和高功率激光器，同時(shí)將樣品冷卻到極低的溫度。

該團(tuán)隊(duì)報(bào)告說(shuō)，它通過(guò)獨(dú)特地利用光散射并適當(dāng)選擇量子模擬器（本質(zhì)上是模擬研究所需特性的材料）克服了這些挑戰(zhàn)。

伯奇說(shuō)，具體而言，研究人員專(zhuān)注于一種長(zhǎng)期以來(lái)已知具有“電荷密度波”的化合物，在這種狀態(tài)下，電子在空間中以周期性密度組織自身。

他補(bǔ)充說(shuō)，這種波的基本理論模仿了粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型的組成部分。然而，在這種情況下，電荷密度波非常特殊，出現(xiàn)在遠(yuǎn)高于室溫的溫度下，并且涉及電荷密度和原子軌道的調(diào)制。這為與該電荷密度波相關(guān)的希格斯玻色子提供了一個(gè)附加分量，即它可能是軸向的，這意味著它包含角動(dòng)量。

伯奇解釋說(shuō)，為了揭示這種圖案的微妙本質(zhì)，研究小組使用了光散射，即用激光照射材料，這可以改變顏色和偏振。顏色變化是由于光在材料中產(chǎn)生希格斯玻色子造成的，而偏振對(duì)粒子的對(duì)稱分量敏感。

“結(jié)果，我們能夠揭示隱藏的磁性成分，并證明第一個(gè)軸向希格斯模式的發(fā)現(xiàn)，”伯奇說(shuō)。

伯奇說(shuō)：“高能粒子物理學(xué)中預(yù)測(cè)軸向希格斯粒子的檢測(cè)可以解釋暗物質(zhì)?！?“然而，它從未被觀察到。它在凝聚態(tài)物質(zhì)系統(tǒng)中的出現(xiàn)是完全令人驚訝和不祥的。”我們發(fā)現(xiàn)了一種尚未預(yù)測(cè)到的新破缺對(duì)稱態(tài)，而不是觀察新粒子通常所需的極端條件。這是在室溫下的桌面實(shí)驗(yàn)中完成的，我們可以通過(guò)簡(jiǎn)單地改變光的偏振來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種模式的量子控制?！?

伯奇表示，該團(tuán)隊(duì)部署的看似易于使用且簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)技術(shù)可以應(yīng)用于其他研究領(lǐng)域。

“其中許多實(shí)驗(yàn)是由我們實(shí)驗(yàn)室的一名本科生進(jìn)行的，”伯奇說(shuō)。 “這種方法可以直接應(yīng)用于許多集體現(xiàn)象的量子特性，包括超導(dǎo)體、磁體、鐵電體和電荷密度波模式。此外，我們還將對(duì)具有相關(guān)和/或拓?fù)湎嗟牟牧现械牧孔痈缮娴难芯繋胧覂?nèi)。溫度，克服了極端實(shí)驗(yàn)條件的困難?！?

除了Burch 之外，波士頓學(xué)院報(bào)告的共同作者還包括本科生Grant McNamara、最近的博士生Yiping Wang 和博士后研究員Md Mofazzel Hosen。伯奇說(shuō)，王獲得了美國(guó)物理學(xué)會(huì)頒發(fā)的磁學(xué)最佳論文獎(jiǎng)，部分原因是她在該項(xiàng)目上的工作。

伯奇表示，利用來(lái)自不列顛哥倫比亞省、哈佛大學(xué)、普林斯頓大學(xué)、馬薩諸塞大學(xué)、馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校、耶魯大學(xué)、華盛頓大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院的研究人員的廣泛專(zhuān)業(yè)知識(shí)至關(guān)重要。

“這顯示了跨學(xué)科努力揭示和控制新現(xiàn)象的力量，”伯奇說(shuō)。 “并不是每天都能在一部作品中獲得光學(xué)、化學(xué)、物理理論、材料科學(xué)和物理學(xué)的知識(shí)?！?

此外，通過(guò)適當(dāng)選擇傳入和傳出偏振，可以創(chuàng)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。他們利用量子力學(xué)的一個(gè)基本方面，利用了這樣一個(gè)事實(shí)：對(duì)于一種配置，這些組件相互抵消。然而，對(duì)于不同的配置，它們會(huì)增加。