Είναι πραγματικά τα φερμιόνια Weyl;

Στα περισσότερα σενάρια, τα φερμιόνια Weyl θεωρούνται μαζικά, αλλά αυτό εξαρτάται από το πλαίσιο και τις συγκεκριμένες συνθήκες. Στη φυσική των σωματιδίων, η έννοια των φερμίων Weyl συχνά συνδέεται με τις μαζικές χειραλικές φερμίδες που εμφανίζονται ως διεγέρσεις χαμηλής ενέργειας σε ορισμένα τοπολογικά υλικά, όπως τα ημιμετρικά WELL. Σε αυτό το πλαίσιο, τα φερμιόνια Weyl συμπεριφέρονται ως σωματίδια με μηδενική μάζα και διαθέτουν μια μοναδική δομή ζώνης που χαρακτηρίζεται από μια γραμμική σχέση διασποράς. Ωστόσο, αξίζει να σημειωθεί ότι το Weyl Fermions μπορεί να αποκτήσει μια μη μηδενική μάζα υπό συγκεκριμένες συνθήκες.

Οι μάζες Weyl Fermions προκύπτουν ως συνέπεια ορισμένων συμμετρών στον υποκείμενο Hamiltonian του υλικού. Αυτές οι συμμετρίες προστατεύουν τους κόμβους Weyl (τα σημεία της δομής της ζώνης όπου αγγίζουν οι ζώνες σθένους και αγωγιμότητας) και εξασφαλίζουν ότι οι φερμιόνια κοντά σε αυτούς τους κόμβους συμπεριφέρονται ως σωματίδια χωρίς μάζα. Ωστόσο, αυτές οι συμμετρίες μπορούν να σπάσουν, είτε αυθόρμητα είτε ρητά, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε μη μηδενική μάζα για τα φερμιόνια Weyl.

Ένα σενάριο όπου οι φερμιόνια Weyl μπορεί να αποκτήσουν μια μη μηδενική μάζα είναι μέσω της αυθόρμητης θραύσης μιας συνεχούς συμμετρίας, όπως η συμμετρία της χρονικής αντιστροφής. Αυτό μπορεί να συμβεί, για παράδειγμα, παρουσία μαγνητικής τάξης ή ορισμένων τύπων δομικών στρεβλώσεων. Όταν αυτή η συμμετρία είναι σπασμένη, οι δύο κόμβοι Weyl της αντίθετης χειραψίας μπορούν να χωριστούν στην ενέργεια, με αποτέλεσμα ένα μαζικό κενό και μια πεπερασμένη μάζα για τα φερμιόνια Weyl.

Ένα άλλο σενάριο όπου τα φερμιόνια Weyl μπορούν να γίνουν μαζικά είναι μέσω της ρητής θραύσης μιας διακριτής συμμετρίας, όπως η συμμετρία αναστροφής. Αυτό μπορεί να συμβεί, για παράδειγμα, παρουσία εξωτερικών ηλεκτρικών πεδίων ή ορισμένων τύπων διεπαφών ή ορίων. Όταν αυτή η συμμετρία είναι σπασμένη, οι κόμβοι Weyl της αντίθετης χειραψίας μπορούν να αναμειγνύονται και να υβριδοποιούνται, οδηγώντας σε μια μη μηδενική μάζα για τα προκύπτοντα quasiparticles.

Συνοπτικά, ενώ τα φερμιόνια Weyl συχνά περιγράφονται ως χωρίς μάζα στο πλαίσιο των τοπολογικών υλικών, η πραγματική τους μαζική κατάσταση εξαρτάται από τις συγκεκριμένες συμμετρίες και τις συνθήκες που υπάρχουν στο σύστημα. Κάτω από ορισμένες συνθήκες, όπως το σπάσιμο ορισμένων συμμετρικών, οι φερμιόνια Weyl μπορούν να αποκτήσουν μη μηδενική μάζα.