Los científicos han descubierto accidentalmente una partícula que presenta masa al desplazarse en una dirección, pero carece de ella al moverse en otra. Estas partículas, conocidas como fermiones semi-Dirac, fueron predichas hace 16 años y su hallazgo se realizó en un material semimetálico denominado ZrSiS, compuesto por zirconio, silicio y azufre. Este descubrimiento se produjo mientras se estudiaban las propiedades de los cuasipartículas, que emergen del comportamiento colectivo de muchas partículas dentro de un material sólido.
Según Yinming Shao, autor principal del estudio, el descubrimiento fue completamente inesperado. Al trabajar con ZrSiS, observaron firmas que no comprendían, lo que resultó ser la primera observación de estos cuasipartículas que a veces se comportan como si tuvieran masa y otras como si no la tuvieran. Este fenómeno se relaciona con la famosa fórmula E = mc² de Einstein, que describe la relación entre la energía y la masa de una partícula.
De acuerdo con la teoría de la relatividad especial de Einstein, nada con masa puede alcanzar la velocidad de la luz, ya que requeriría una cantidad infinita de energía. Sin embargo, si una partícula sin masa reduce su velocidad desde la velocidad de la luz, ganaría masa. En el caso de los cuasipartículas en los cristales de ZrSiS, cuando se desplazan en una dimensión, lo hacen a la velocidad de la luz y son, por tanto, sin masa. Pero al intentar moverse en otra dirección, encuentran resistencia, disminuyen su velocidad y ganan masa.
El equipo de investigación, que inicialmente buscaba estudiar las interacciones cuánticas en el material observando cómo los electrones respondían a la luz, descubrió que el nivel de energía de los electrones seguía un patrón inesperado al aumentar la intensidad del campo magnético. Este patrón resultó ser una predicción clave de los fermiones semi-Dirac. Aunque se trata de física de alto concepto, los investigadores creen que el descubrimiento podría abrir una gama de aplicaciones para el ZrSiS similares a las del grafeno.
