A részecskék Paul Dirac fizikus által egy évszázada leírt viselkedését figyelték meg a valóságban japán kutatók. Az felfedezéshez használt topologikus anyagoknak fontos szerepük lehet a kvantumszámítógépek létrehozásában.
Dirac-elektronokat hoztak létre szupravezető polimerekben a japán Ehime Egyetem kutatói, Ryuhei Oka fizikus vezetésével. Az elektronok a különleges körülmények között tömeg néküli, fénysebességgel mozgó fotonokként viselkedtek.
A részecskék ilyen viselkedése a Nobel-díjas angol elméleti fizikus, Paul Dirac által 1928-ban leírt kvantummechanikai hullámegyenletekből következik. A róla elnevezett Dirac-elektronok létezését már korábban sikerült megfigyelni úgynevezett topológiai anyagokban, amelyek közül a legismertebb a kétdimenziós szénatom hálóból álló grafén. Ezeknél a megfigyeléseknél azonban jelentkeztek praktikus korlátok, a Dirac-elektronok ugyanis párokat alkottak a szokványos elektronokkal, ami zavarta a méréseket.
Oka és munkatársai az elektron spin rezonanciát kihasználva oldották meg a problémát. Az elektronok dipólusos tulajdonsága miatt mágneses mezővel megváltoztatható a spinjük – ezzel a módszerrel sikerült elválasztani a különleges elektronokat normál párjuktól egy BEDT-TTF nevű szerves szupravezető polimerben.
A hagyományos elektronokból úgy lesznek Dirac-elektronok, hogy a különleges körülmények között a speciális relativitáselméletből következő szokatlan képességekre tesznek szert, például egymást fedő atomok környezetében nagyon hatékonyan mozognak az anyagban. A japán művészek ábrázolásán pillangók és gombák társaságában megjelenő homokóra formával illusztrálták a megfigyelt elektronokat.
A japán kutatók megfigyeléseiből kiderült, hogy legalább négy dimenzió szükséges a mozgásuk leírásához: a tér dimenziói mellett az elektron energiaszintjével is számolni kell az anyag vezetőképességének ábrázolásakor.
Az elemzés során olyan dolgok is kiderültek, amelyekről eddig nem tudtunk: az elektronok sebessége nem állandó, hanem hőmérséklettől és
a mágneses mező és az anyag által bezárt szögtől függ.
Az elektronok normális esetben a fénysebesség 1 százalékával mozognak.
A félvezetők, szupravezetők, és topologikus anyagok nagyon fontosak a technikai fejlődés szempontjából, bár még sok mindent nem tudunk a viselkedésükről. Az Dirac-elektronok megismeréséből következő alkalmazásoknak jelentős szerepe lehet például kvantumszámítógépek építésében.