フォトニクス：光学利得と光学損失によって誘起されるディラック質量

質量は一般に、物質の本質的な性質と考えられているが、現代の物理学では、粒子の質量は、高エネルギー物理学におけるヒッグス機構など、複雑な起源を有することが明らかになっている。グラフェンなどの結晶格子では、相対論的ディラック粒子が、格子の対称性を破る摂動によって質量を付与される低エネルギー準粒子として存在し得る。こうした質量生成機構は全て、エルミート性、すなわち詳細エネルギー保存を仮定している。今回我々は、フォトニック合成格子を用いて、光学利得および光学損失に基づく非エルミート摂動によってディラック質量を生成できることを実験的に示す。次いで、利得と損失によって誘起されるディラック質量の時空操作がこの準粒子にどのように影響するかを調べた。我々が示している通り、準粒子は空間境界でクライントンネリングを生じるが、非エルミート対称性の局所的破れによって、領域の壁で新たなフラックス非保存効果が生じ得る。我々は、ディラック質量の符号が急峻に反転する時間的な境界では、時間反転現象の異形、すなわち、非相対論的極限ではディラック準粒子の速度が反転する一方、相対論的極限では元の速度が維持されるのを観測している。

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