Шахматы пространства: Треугольник на треугольнике
Как и другие элементарные частицы, электроны обладают спином, который для упрощения описывают, как характеристику вращения частицы в одну или другую сторону. Сложность, однако, состоит в том, что те же электроны вообще-то не могут иметь спина. Если б они имели какую-то ясную поверхность, как шарики, то поверхность эта должна была бы, вращаясь, двигаться быстрее скорости света. Впрочем, как известно, электроны вообще не имеют определенного радиуса; вращаться там попросту нечему.
Что же такое спин электрона и откуда он берется? Калифорнийский исследователь Крис Реган (Chris Regan) и его команда предложили этому феномену неожиданную интерпретацию. Как говорит сам профессор Реган, «спин электрона может появляться из-за того, что на очень малых масштабах пространство не является однородным, а сегментировано на фрагменты двух видов, как шахматная доска».
К такому выводу авторы пришли в результате изучения поведения электронов при движении сквозь двухмерную решетку графена. Делалось это в рамках работы по созданию эффективных транзисторов на основе этого перспективного материала. Как часть этой задачи, ученые исследовали процесс взаимодействия электронов в графене с фотонами падающего на него излучения.
Выяснилось, что в своем движении по графену электроны делают это не плавно, а «прыжками», смещаясь от одного атома углерода в его кристаллической решетке к другому, причем не любому соседнему, а лишь тому, который условно можно отнести к одному из двух «типов», «черному» или «белому». Такая условная и почти шахматная структура графена образована треугольниками, в центрах которых расположены атомы углерода (см. иллюстрацию слева). Двигаясь по ней, электроны одного спина «выбирают» один «тип» этих треугольников, противоположного спина — другой. А поглотив фотон излучения, выбор этот меняется на противоположный — в традиционном описании, при этом происходит смена спина.
Таким образом, в новой интерпретации спин частицы отражает ее склонность к существованию лишь в рамках сверхмалых областей пространства определенного типа геометрии, а не какие-то собственные особенности частицы. Стоит отметить, что сама по себе подобная идея не нова: еще Поль Дирак в 1920-х показал, что спин тесно связан со структурой пространства-времени. Об исследованиях и поразительных открытиях этого великого ученого вы можете прочесть в статье «Этюд об античастицах».
По пресс-релизу UCLA