研究人员使用一种所谓的“半金属”材料发现了奇怪的粒子，这些粒子在沿某个方向移动时没有质量，但在沿垂直于原始方向的方向移动时会获得质量。这是通过将材料暴露在极端条件下实现的，特别是超过地球磁场 1000 万倍的磁场。这个实验可以为发现新的物理现象铺平道路。

狄拉克费米子(以数学家和物理学家保罗·狄拉克的名字命名，并间接以费米子物理学家恩里科·费米的名字命名)是具有半整数自旋(1/2、3/2、5/2 等)的粒子，与其自身的反粒子不同2016年，研究人员推测存在一类特殊的费米子，它们在一个方向上没有质量，但在垂直于原始方向的方向上变得有质量。

打个比方，就像往一个方向走，感觉很轻，然后向东或向西转90°，突然感觉很重。这些被称为“半狄拉克费米子”的准粒子(可以被视为单个粒子的一组粒子的集体行为)引起了相当大的实验兴趣，但尚未被发现。

正在研究检测半狄拉克费米子的材料包括半金属。由于其导带结构和显着的拓扑特征，它们具有特殊的粒子传输特性，这使得它们在电子应用中特别有趣。例如，费米能级的低态密度(将电子分布描述为能量的函数)和线性散射电子结构可用于提高电子元件的功能和能量效率。

第一批计划使用的材料主要是石墨烯基材料，但目前结果还没有定论。特别是，半狄拉克费米子需要比石墨烯复杂得多的半金属模型。现在，宾夕法尼亚州立大学的一个团队提出了一种新的实验方案，可以首次可靠地检测到该粒子。

质量由磁场方向决定，《物理评论 X》中详细介绍了该新协议使用基于锆、硅和硫的半金属。与所有金属材料一样，它可以导电，但在暴露于极端条件下时会表现出不寻常的特性。为了产生半狄拉克费米子，研究人员将材料冷却到接近绝对零的温度，并将其暴露在比地球磁场强一千万倍的磁场中。

这些条件使得操纵材料内电子的轨迹成为可能，使它们不是线性移动，而是沿着圆形螺旋轨迹移动。该材料的结构和温度意味着电子对量子效应变得敏感。这意味着它们的行为可以像波一样，沿着轨迹移动时会增强，从而产生半狄拉克费米子。为了验证所产生的粒子确实是半狄拉克费米子，研究小组用红外脉冲照射材料并分析它们如何从存在的粒子中反射。还改变磁场强度和红外频率以确定半狄拉克费米子的指纹。当磁场与运动粒子的方向相同时，似乎他们没有质量。另一方面，当场垂直于粒子时，它们变得更大。