物理学家第一次观察Weyl积分

陀螺表面在顶部有一毛米。图像：凌鲁和清水燕

国际物理学家团队首次确认了Weyl Point的实验观察。

由物理学家赫尔曼韦尔的一部分是一种无抽肉粒子的一种具有奇异点的一种被称为“Weyl点”的奇异粒子 - 最终首次通过直接观察确认了一个奇异的粒子，这是一个国际物理学家的直接观察证实了由MIT的研究人员领导。该团队说，该发现可能导致新型的高功率单模激光器和其他光学器件。

几十年来，物理学家认为，叫中微子的解压缩粒子实际上是威尔预测的无麻子颗粒 - 最终被1998年发现的可能性，中微子确实具有小质量。虽然已经写了关于理论粒子的成千上万的科学论文，但直到今年似乎很少有希望实际证实他们存在。

“关于Weyl积分的每一篇论文都是理论上的，直到现在，MIT的物理学教授和本周发表的一篇论文的高级作者MarinSoljačić在本周发表的杂志中的刊物证实检测。（普林斯顿大学的另一个研究人员，其他地方独立地检测了柳酰粒子;他们的论文出现在同一问题上）。

该团队论文的麻省理工学院和主要作者的研究科学家凌璐表示，难以捉摸的点可以被认为是相当于称为磁垄断的理论实体。这些不存在于现实世界中：它们相当于将酒吧磁铁成两半切成一半并以单独的北部和南部磁铁结束，而真正发生的是，您最终有两个较短的磁铁，每间磁铁都有两极。但物理学家通常在动量空间（也称为互惠空间）而不是普通的三维空间，Lu解释，并且在该框架磁垄断方面可以存在它们 - 并且它们的性质与Weyl Point的群体相匹配。

通过一种新颖的使用称为光子晶体的材料来实现这一成就。在这种情况下，Lu能够计算预测的光子晶体的结构的精确测量，以产生Weyl点的表现 - 具有通过材料钻孔的孔阵列之间的尺寸和精确的角度，称为陀螺结构的构造。然后通过各种复杂的测量结果证明了这种预测，其与预期的这些点预定匹配。

有些种类的陀螺结构存在于自然界中，Lu指出，如在某些蝴蝶翅膀上。在这种自然出现中，陀螺自组装，它们的结构已经已知并理解。

两年前，研究人员预测，通过以某种方式破坏一种称为“陀螺”的数学表面中的对称性，可能会产生Weyl点 - 但意识到预测需要团队计算和建立自己的材料。为了使这些更容易使用，晶体被设计成在微波频率下运行，但是可以使用相同的原理来制造将与可见光一起使用的设备，Lu说。“我们知道一些正在努力这样做的群体，”他说。

Soljačić说，许多申请可以利用这些新发现。例如，基于该设计的光子晶体可用于制造大批量单模激光器件。通常，Soljačić说，当你扩展激光时，有更多的光线来遵循，使得越来越难以隔离激光束的单个所需模式，并大幅限制了可以是激光束的质量发表。

但随着新系统，“无论你缩放多少，有很多可能的模式，”他说。“与其他光学系统不同，您可以按照您想要的三个维度缩放大大缩放。”

鲁说，光学系统中的可扩展性问题是“相当的基础”;这种新方法提供了一种规避它的方法。“我们有其他应用程序，”他说，利用该设备的“三维散装对象中的光学选择性”。例如，一种材料块可以仅允许一个精确的角度和光的颜色来通过，而其他材料将被阻挡。

“这是一个有趣的发展，而不仅仅是因为我们已经通过实验观察到了，而且因为它们赋予了以独特的光学性质实现了它们的光子晶体，”伯克利加州大学的物理学教授Ashvin Vishwanath说没有参与这项研究。“Soljačić教授的集团有一个跟踪迅速将新科学转换为具有行业应用程序的创意设备的记录，我期待着看到Weyl Photonics Cyryalls的发展方式。”

除了鲁和索尔贾齐奇之外，该团队还包括志宇王，德鑫叶和浙江大学浙江大学，在麻省理工学院，物理梁富和约翰·乔安诺洛斯（Johannopoulos），弗朗西斯赖特戴维斯物理和研究所主任教授士兵纳米技术（ISN）。美国军队通过ISN，能源部，国家科学基金会和中国国家科学基金会支持这项工作。

出版物：凌路，等，“Weyl Point的实验观察”，2015年科学; DOI：10.1126 / science.aa9273