[科普中國]-Weyl費(fèi)米子

Weyl費(fèi)米子，即外爾費(fèi)米子（Weyl semimetal）是一種無質(zhì)量費(fèi)米子，在量子理論和標(biāo)準(zhǔn)模型中發(fā)揮重要作用。外爾費(fèi)米子被認(rèn)為是量子理論中費(fèi)米子一部分，是赫爾曼·外爾從狄拉克方程式中得出的解，被稱為外爾方程式。狄拉克費(fèi)米子可以視為左手的外爾費(fèi)米子與右手的外爾費(fèi)米子的組合。外爾費(fèi)米子并沒有被視為基本粒子。外爾費(fèi)米子在凝聚體物理學(xué)里以準(zhǔn)粒子激發(fā)的形式存在。

赫林（C·Hering）在能帶結(jié)構(gòu)固態(tài)系統(tǒng)下首先預(yù)測(cè)外爾費(fèi)米子的存在 。鉭砷晶體是第一個(gè)發(fā)現(xiàn)外爾費(fèi)米子存在的晶體結(jié)構(gòu)。帶電外爾費(fèi)米子在室溫下穩(wěn)定存在。

簡介外爾費(fèi)米子（Weyl fermion）是一種無質(zhì)量費(fèi)米子，在量子理論和標(biāo)準(zhǔn)模型中發(fā)揮重要作用。外爾費(fèi)米子被認(rèn)為是量子理論中費(fèi)米子一部分，是赫爾曼·外爾從狄拉克方程式中得出的解，被稱為外爾方程式。狄拉克費(fèi)米子可以視為左手的外爾費(fèi)米子與右手的外爾費(fèi)米子的組合。外爾費(fèi)米子并沒有被視為基本粒子。外爾費(fèi)米子在凝聚體物理學(xué)里以準(zhǔn)粒子激發(fā)的形式存在。

赫林（C·Hering）在能帶結(jié)構(gòu)固態(tài)系統(tǒng)下首先預(yù)測(cè)外爾費(fèi)米子的存在。鉭砷晶體是第一個(gè)發(fā)現(xiàn)外爾費(fèi)米子存在的晶體結(jié)構(gòu)。帶電外爾費(fèi)米子在室溫下穩(wěn)定存在。1

歷史2015年7月16日，美國普林斯頓大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)與中國科學(xué)院物理研究所分別在鉭砷晶體（TaAs）結(jié)構(gòu)中第一次觀察到外爾費(fèi)米子半金屬及費(fèi)米弧，確認(rèn)其拓?fù)涮卣鳌＿@一次發(fā)現(xiàn)根據(jù)2014年11月提出的預(yù)測(cè)。

2016年，橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室和田納西大學(xué)科學(xué)家通過中子衍射實(shí)驗(yàn)和X射線實(shí)驗(yàn)推測(cè)外爾費(fèi)米子可能存在鋨基磁性晶體結(jié)構(gòu)中。1

赫爾曼·外爾赫爾曼·克勞斯·胡戈·外爾（Hermann Klaus Hugo Weyl，1885年11月9日－1955年12月8日）是一位德國數(shù)學(xué)家，物理學(xué)家和哲學(xué)家。 盡管他的大部分工作時(shí)間是在瑞士蘇黎世和美國普林斯頓度過的，他仍被認(rèn)為傳承了以大衛(wèi)·希爾伯特和赫爾曼·閔可夫斯基為代表的哥廷根大學(xué)學(xué)派的數(shù)學(xué)傳統(tǒng)。 他的研究工作在理論物理上和在純數(shù)學(xué)領(lǐng)域（如數(shù)論）等都有著一樣杰出的貢獻(xiàn)。他是20世紀(jì)最有影響力的數(shù)學(xué)家之一，也是普林斯頓高等研究院早期的重要成員。

外爾發(fā)表過的作品涉及時(shí)間、空間、物質(zhì)、哲學(xué)、邏輯、對(duì)稱性和數(shù)學(xué)史。 他是最早把廣義相對(duì)論和電磁理論結(jié)合的人之一。當(dāng)他同時(shí)代的數(shù)學(xué)家對(duì)昂利·龐加萊和希爾伯特的對(duì)數(shù)學(xué)的廣泛涉獵的重要性缺乏重視的時(shí)候，外爾走得比任何人更遠(yuǎn)。邁克爾·阿蒂亞曾評(píng)價(jià)，他開始研究一個(gè)數(shù)學(xué)題目的時(shí)候，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)外爾已經(jīng)在他之前有所貢獻(xiàn)。1

費(fèi)米子在粒子物理學(xué)里，費(fèi)米子（英語：fermion）是遵守費(fèi)米-狄拉克統(tǒng)計(jì)的粒子。費(fèi)米子包括所有夸克與輕子，任何由奇數(shù)個(gè)夸克或輕子組成的復(fù)合粒子，所有重子與很多種原子與原子核都是費(fèi)米子。術(shù)語費(fèi)米子是由保羅·狄拉克給出，紀(jì)念恩里科·費(fèi)米在這領(lǐng)域所作的杰出貢獻(xiàn)。

費(fèi)米子可以是基本粒子，例如電子，或者是復(fù)合粒子，例如質(zhì)子、中子。根據(jù)相對(duì)論性量子場(chǎng)論的自旋統(tǒng)計(jì)定理，自旋為整數(shù)的粒子是玻色子，自旋為半整數(shù)的粒子是費(fèi)米子。除了這自旋性質(zhì)以外，費(fèi)米子的重子數(shù)與輕子數(shù)守恒。因此，時(shí)常被引述的“自旋統(tǒng)計(jì)關(guān)系”實(shí)際是一種“自旋統(tǒng)計(jì)量子數(shù)關(guān)系”。

根據(jù)費(fèi)米-狄拉克統(tǒng)計(jì)，對(duì)于N個(gè)全同費(fèi)米子，假設(shè)將其中任意兩個(gè)費(fèi)米子交換，則由于描述這量子系統(tǒng)的波函數(shù)具有反對(duì)稱性，波函數(shù)的正負(fù)號(hào)會(huì)改變。由于這特性，費(fèi)米子遵守包利不相容原理：兩個(gè)全同費(fèi)米子不能占有同樣的量子態(tài)。因此，物質(zhì)具有有限體積與硬度。費(fèi)米子被稱為物質(zhì)的組成成分。質(zhì)子、中子、電子是制成日常物質(zhì)的關(guān)鍵元素。1

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李曉林 - 教授 - 西南大學(xué)