美国宾夕法尼亚州立大学和哥伦比亚大学的科学家们首次观测到了一种特殊的准粒子——半狄拉克费米子。这种准粒子在一个方向上移动时具有质量，而在另一个方向上移动时则失去质量。这一发现有望推动下一代电池、传感器等技术的发展。该研究发表在《物理评论X》杂志上。研究团队在名为锆硅硫化物（ZrSiS）的半金属材料晶体内，利用国家高磁场实验室的强大磁场和磁光光谱学技术，观测到了这种准粒子的特性。

🔬半狄拉克费米子是一种特殊的准粒子，它在一个方向上移动时具有质量，而在另一个方向上移动时则没有质量，这一特性与传统粒子行为截然不同。

🔭研究团队在名为锆硅硫化物（ZrSiS）的半金属材料晶体内，首次观测到了半狄拉克费米子的存在，这一发现填补了理论预言与实验观察之间的空白。

🧲实验在美国国家高磁场实验室进行，该实验室的混合磁体能产生高达地球磁场90万倍的持续磁场，为观测提供了极端条件。

❄️实验中，锆硅硫化物样品被冷却至-268.9℃，接近绝对零度，并在强磁场中用红外光照射，通过分析反射光来研究准粒子的性质。

💡这一发现不仅验证了半狄拉克费米子存在的理论预言，还为未来新材料和新技术的发展提供了新的可能性，如电池和传感器等。

美国宾夕法尼亚州立大学和哥伦比亚大学科学家携手，首次观察到一类特殊准粒子——半狄拉克费米子。这类准粒子在朝一个方向移动时拥有质量，而朝另一个方向移动时则失去质量。研究人员表示，对这些准粒子开展深入研究，有望促进下一代电池、传感器等技术发展。相关论文发表于新一期《物理评论X》杂志。

研究示意图。图片来源：《物理评论X》

当粒子的能量完全源自其运动时，它就没有质量。这意味着它本质上是以光速传播的纯能量，如以光速移动的光子就被认为没有质量。阿尔伯特·爱因斯坦的狭义相对论也指出，任何以光速运动的物体都不可能拥有质量。

然而研究团队表示，在固体材料中，一些行动一致的粒子（也被称为准粒子）的“一举一动”可能与单个粒子截然不同。有些准粒子仅在朝一个方向移动时才拥有质量，而朝另一个方向移动时没有质量。他们将这些奇特的粒子命名为半狄拉克费米子。

2008年和2009年，来自法国南巴黎大学和美国加州大学戴维斯分校等机构的科学家，首次从理论上预言了半狄拉克费米子的存在。

在最新研究中，宾夕法尼亚州立大学物理学助理教授邵垠铭等人，在名为锆硅硫化物（ZrSiS）的半金属材料晶体内，首次窥见了半狄拉克费米子的“真容”。

研究团队在位于佛罗里达州的国家高磁场实验室进行了实验。该实验室混合磁体产生的持续磁场可达地球磁场的90万倍，能使水滴等小物体悬浮起来。

在实验中，研究团队将一块锆硅硫化物冷却至-268.9℃左右——仅比绝对零度高几度，然后将其置于实验室强大的磁场中，并用红外光照射，随后分析材料反射的光。借助这一名为磁光光谱学的技术，邵垠铭等人观测到了锆硅硫化物晶体内准粒子的性质。