Киральность

Наука и технологии
Москва, 13.08.2012
«Эксперт» №32 (814)

Киральность — свойство, позволяющее отличить объект от его отражения в зеркале. Хорошо известный пример кирального объекта — рука (именно от этого слова на греческом языке происходит термин «киральность»).

Правые и левые объекты, однако, не ограничиваются руками — спирали, например, тоже делятся на правые и левые. Поэтому морские раковины, винты, аминокислоты и конфигурации магнитных полей в галактиках, а возможно, и во всей Вселенной, тоже бывают правыми и левыми.

В квантовой физике частицы могут обладать квантованным моментом количества движения — «спином». Если спин равен 1/2, как, например, для электрона, то частица называется «фермион» (то есть удовлетворяет квантовой статистике Ферми—Дирака и, следовательно, принципу Паули).

Когда частицы со спином 1/2 распространяются в пространстве, проекция спина на направление движения может быть либо положительной, либо отрицательной. Поскольку в зеркальном отражении вектор скорости меняет знак, а спин нет, то знак проекции спина на направление движения в зеркале меняется, и, следовательно, мы имеем дело с киральным объектом.

Киральность для квантовых частиц, таким образом, — это проекция спина на направление движения.

Для нерелятивистских (массивных и потому медленных) частиц киральность не сохраняется — например, в покоящейся системе отсчета, где частица движется, эта проекция имеет один знак, а в системе отсчета, которая движется быстрее частицы, эта проекция меняет знак на противоположный, так как в ней направление движения частицы меняется. Для безмассовых частиц ситуация другая — они движутся со скоростью света, а теория относительности не разрешает движение с бо́льшей скоростью.

Это значит, что киральность во всех системах отсчета является одной и той же, то есть она становится неотъемлемым свойством безмассовой частицы.

Если в системе нет взаимодействий, позволяющих изменить киральность, то она должна сохраняться. Если, например, киральная частица налетает на потенциальный барьер, который не может изменить направление спина частицы, то сохранение киральности означает, что направление движения частицы должно остаться неизменным. Иными словами, частица просто не может отразиться от барьера, а должна пройти сквозь него со стопроцентной вероятностью, независимо от его высоты и ширины. Эти и другие удивительные свойства киральных частиц (экспериментально подтвержденные в графене) позволяют надеяться на создание энергосберегающей и быстродействующей электроники нового поколения на основе киральных материалов.

У партнеров

    «Эксперт»
    №32 (814) 13 августа 2012
    Олимпиада
    Содержание:
    Попасть под медальную струю

    Нынешняя Олимпиада подтвердила достаточно высокий спортивный статус России. Однако в дальнейшем для уверенных спортивных успехов нам придется отказаться от советской модели наступления по всему фронту дисциплин

    Экономика и финансы
    Потребление
    На улице Правды
    Реклама