Des scientifiques de l'Institut Max Planck de physique chimique des solides à Dresde, Université de Princeton, l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign, et l'Université de l'Académie chinoise des sciences ont repéré une particule insaisissable :l'axion, prédit pour la première fois il y a 42 ans en tant que particule élémentaire dans les extensions du modèle standard de la physique des particules. Les résultats des expériences sont publiés dans La nature .

L'équipe a trouvé des signatures de particules d'axions composées d'électrons de type Weyl (fermions de Weyl) dans le semi-métal de Weyl corrélé (TaSe 4 ) 2 I. À température ambiante, (TaSe 4 ) 2 I est un cristal unidimensionnel dans lequel le courant électrique est conduit par des fermions de Weyl. Cependant, par refroidissement (TaSe 4 ) 2 Je descends en dessous de -11 degrés C, ces fermions de Weyl se condensent eux-mêmes en un cristal, une soi-disant "onde de densité de charge, " qui déforme le réseau cristallin sous-jacent des atomes. Les fermions de Weyl initialement libres sont maintenant localisés et le semi-métal de Weyl initial (TaSe 4 ) 2 I devient un isolant axionique. Similaire à l'existence d'électrons libres dans les cristaux atomiques métalliques, le cristal à onde de densité de charge à base de semi-métal de Weyl héberge des axions qui peuvent conduire le courant électrique. Cependant, ces axions se comportent tout à fait différemment des électrons. Lorsqu'ils sont exposés à des champs électriques et magnétiques parallèles, ils produisent une contribution positive anormale à la conductivité magnétoélectrique.

Sur la base des prédictions du groupe d'Andrei Bernevig à l'Université de Princeton, le groupe de Claudia Felser à Dresde a produit l'onde de densité de charge métalloïde de Weyl (TaSe 4 ) 2 J'ai étudié la conduction électrique dans ce matériau sous l'influence de champs électriques et magnétiques. Les chercheurs ont découvert que le courant électrique dans ce matériau en dessous de -11 degrés C est en fait transporté par des particules d'axions. "Il est très surprenant que des matériaux que nous pensons connaître montrent soudainement des particules quantiques aussi intéressantes, " dit Claudia Felser, l'un des principaux auteurs de l'article.

L'examen des nouvelles propriétés des particules d'axion dans des expériences sur table pourrait permettre aux scientifiques de mieux comprendre le royaume mystérieux des particules quantiques, et ouvrir le champ des matériaux topologiques fortement corrélés. "Un autre élément constitutif de mon rêve de toujours de réaliser des idées issues de la physique astronomique et des hautes énergies avec des expériences sur table dans les solides, " dit Johannes Gooth.