Erst im Juli 2015 wurde nachgewiesen, dass so genannte Weyl-Fermionen überhaupt existieren. Die nach dem deutschen Physiker Hermann Weyl benannten Teilchen kommen allerdings bislang nur als Quasiteilchen vor. Das heißt, in bestimmten Kristallen verhalten sich Ansammlungen von Elektronen so, wie es von einem Weyl-Fermion zu erwarten ist.

Nun argumentiert ein Forscherteam um Alexey Soluyanov von der ETH Zürich, dass daneben auch eine bislang übersehene Spielart der Weyl-Fermionen auftreten müsste. Diese Variante, die seit Weyls Erstbeschreibung im Jahr 1929 außer Acht gelassen wurde, bezeichnen die Wissenschaftler um Soluyanov als Typ-2-Weyl-Fermionen. Sie stützen sich dabei auf theoretische Berechnungen, unter anderem mit Hilfe der Supercomputer vom Schweizer Zentrum für Wissenschaftliches Rechnen in Lugano.

Übersehen wurden die Teilchen, weil sie in der freien Natur eigentlich gar nicht existieren dürften: Anders als bei denen vom Typ 1 wird bei ihnen die so genannte Lorentz-Symmetrie verletzt. Nach den Regeln der speziellen Relativitätstheorie kann eine solche Verletzung "in freier Wildbahn" nicht auftreten – möglich ist sie hingegen bei den Quasiteilchen.

Typ-2-Weyl-Fermionen sollten laut der neuen Untersuchung in Wolframditellurid-Kristallen (WTe₂) auftreten. Es gehört zu einer Materialklasse, die für ihre exotischen – und technisch höchst interessanten – Eigenschaften bekannt ist. Bislang konnten die Forscher allerdings die tatsächliche Existenz ihres neuen Teilchentypus in den WTe₂-Kristallen nicht experimentell belegen. Es handelt sich noch um eine rein theoretische Beschreibung.

Weyl-Fermionen ähneln dank ihres halbzahligen Spins den Elektronen, besitzen aber anders als diese keine Masse. Dadurch können sie sich extrem schnell durch ein Material bewegen, was sie für künftige Elektronik interessant macht.

Die eigentümlichen Energiezustände könnten Materialien mit Typ-2-Weyl-Fermionen kuriose und möglicherweise nützliche Eigenschaften verleihen, schreiben die Forscher in einer Mitteilung der ETH Zürich. Dazu zählt etwa die Fähigkeit, unter Einfluss eines magnetischen Felds elektrischen Strom nur in bestimmte Richtungen zu leiten. Eine technische Umsetzbarkeit liegt jedoch in weiter Ferne: Zum jetzigen Zeitpunkt sei das neue Weyl-Fermion im Wesentlichen noch eine physikalische Kuriosität, erklärt Soluyanov.