質量が消える仕組み
なぜ、結晶内部の電子は「質量を失った」ように見えるのでしょうか?
プレスリリースでも研究者たちは、「もし粒子が本質的に高速で移動する“純粋なエネルギー”の状態にあるなら、その粒子は質量を持たない可能性がある」と指摘しています。
もっと平たく言えば、ある方向へ動く電子のエネルギー状態が、普通なら質量を持つはずの「電子的な状態」から、質量を持たない「光子的な状態」へと切り替わり得る、ということです。
つまり、一方向に向かうときだけ粒子が急激に加速して、別の方向では遅くなるような状況を作り出せば、理論で予想されていたセミディラックフェルミオンが「顔を出す」可能性があるわけです。

今回の実験では、ZrSiS結晶を極限的に冷却し、超高磁場をかけることで、内部の電子がいろいろな方向へ自由に流れる不思議な環境を用意しました。
さらに、結晶内部の「電子の交差点」に焦点を絞ることで、磁場方向に沿って走る電子と、その直角方向へ逃げる電子を、細かく観察できるようにしたのです。
その結果、ある地点までは電子が高速ルートを駆け抜け、まるで「質量ゼロ」の粒子のような超高速状態を示すにもかかわらず、交差点で方向転換した途端、抵抗に遭い、「質量を持つ」状態へ戻ることがわかりました。
研究者たちはこの現象を、「高速鉄道に乗っていた粒子の列車が、交差点で普通の線路に逸れて減速し、質量を再びまとったようなもの」と、特殊相対性理論になぞらえつつ解説しています。
もちろん、結晶中の電子が本当の光速で飛び回っているわけではありません。
あくまでエネルギー状態が光子のような性質へ近づいたり、遠ざかったりしているにすぎません。
しかし、アインシュタインの相対性理論をイメージすると、この現象が「なるほど」と思えるはずです。
(※つまり光速なら質量ゼロ、止まれば質量有り、という単純な対比で理解できるのです。)
今回の研究により、結晶内部という特殊な舞台で、電子は「質量を失い」そして「質量を帯び直す」――まるで相対性理論の一幕を模倣したかのような不思議なふるまいを見せることが明らかにされました。
理論が唱えられて以来、誰も実証できなかったセミディラックフェルミオンの姿が、ようやく現実の物質中で確認さのは大きな前進です。
研究者たちは、この発見がすぐに実用化へ直結するとは限らないとしていますが、全く新しい概念にもとづくバッテリーやセンサーの開発の基礎になり得ると述べています。
う~~~ん、物質中の粒子の effective mass が非等方的(テンソルで表される)のはごく普通のことなので、非等方性はすごいポイントではないと思うんだけど…………
非等方だから凄いのか、masslessだから凄いのか、整理してまとめたほうがいいと思う
e=mc^2以外のところでは質量保存の法則が成立するとされていた筈なんだけど、ソレに従わない現象と言う事でしょうか?
準粒子というのも初めて聴きましたが他にもあるんでしょうか?
カーボンナノチューブとかフラーレンは準粒子?
光の波動性/粒子性と言うのとは全く違う現象?
新しい量子が発見された訳ではない?
ZrSiS結晶があれば重力を制御出来る?
ノーベル賞級の発見?
色々と、主に私始め十分な知識の無い者に誤解されやすい現象に見えますね(笑
今後気にして行きたいトピックですね
>※つまり光速なら質量ゼロ、止まれば質量有り、という単純な対比で理解できるのです。
質量ある物体は「光速に近づくと限りなく重くなる」って習った気がするんですが……
日常生活・マクロスケールと量子スケールの違いって理解でよろしいでしょうか?
よく考えてみるとあり得る話です。人間だってそうでしょう。止まっているとき、走っているとき、急に方向を変えたとき、その瞬間、体内の細胞の中の素粒子の変化に注目です。ビックリした瞬間も心臓の動き止まりますよね。細胞が逆方向に動かないと心臓は止まりませんよ。