Электронный крен: что Дирак знал, а Паули упустил ✛

Оригинал: "Time inversion symmetry in the Dirac and Schrödinger-Pauli theories"
· R. Winkler, U. Zülicke
arXiv:2506.01292v2 · 2025-06-02 · CC BY 4.0 · 1 мин
В намагниченном материале электроны всегда движутся с невидимым заносом в сторону — даже если не учитывать влияние их спина на траекторию.

В куске магнита электрон ведёт себя, как корабль с креном: даже в полном штиле его траектория заворачивает в сторону. Это аномальный эффект Холла — движение с поперечным дрейфом без внешнего магнитного поля.

Раньше думали, что всё дело в том, как собственное вращение (спин) электрона влияет на его движение. Но теории Шрёдингера и Паули упускали более глубокую причину. Полное описание Дирака в фундаментальной физике показывает, что сам электрон обладает встроенной кривизной пути (кривизной Берри). Это как если бы судно имело асимметричный корпус и не могло плыть прямо.

Величина крена задана постоянной 1/(2m²c²), где m — масса электрона, c — скорость света. В магнитно-упорядоченных кристаллах, где все спины-«компасы» смотрят в одну сторону, нарушается симметрия времени. Это создаёт добавочное электрическое поле — тот самый аномальный сигнал. Неожиданно, что такое искривление есть даже у покоящегося электрона. Практически оно сулит электронику без громоздких магнитов: током можно управлять, используя внутреннюю кривизну материала.

Эффект, открытый более века назад, долго оставался загадкой; лишь недавно выяснилось, что ответ скрыт в уравнениях Дирака — и этот «крен» фундаментален даже для неподвижных частиц.

\Omega = \frac{1}{2m^2c^2}
внутренняя кривизна Берри для электрона: m — масса, c — скорость света
Учёные
Paul DiracEmilio Gino SegrèPeter HiggsRichard FeynmanMarie CurieEnrico Fermi
Понятия
стрела времени симметрия обращения времени уравнение Дирака аномальный магнитный момент третий закон Кеплера кривизна Берри теорема CPT магнитный монополь уравнение Шрёдингера закон электромагнитной индукции Фарадея искривление пространства-времени нарушение лоренц-инвариантности теорема Пенроуза о сингулярностях альтермагнетизм магнетон Бора теорема Нётер закон Кюри формула де Бройля собственное время позитрон