El 2020 recordarà el món no només com un any que va trencar tots els registres de temperatura imaginables i inconcebibles, sinó també com a període d'història humana, durant la qual l'existència del tercer regne de partícules anomenat "Eniona", que existeix en dues dimensions a la mateix temps. En general, parlant de física de partícules, cal assenyalar que fins fa poc hi havia només dues categories o regnes - bosons i fermions. El criteri per dividir les partícules elementals en dos camps és el valor de l'esquena, nombre quàntic, que caracteritza el seu propi moment del pols de partícula. En altres paraules, si les partícules de gir separades per separat es determinen per un enter - davant de vosaltres Boson, i si el mig guardià és fermió. Aquest any, els investigadors van descobrir els primers signes de l'existència del tercer regne de partícules, el comportament del qual no és com el comportament ni els bosons ni els fermions. Li expliquem el que és Enionas i per què el seu descobriment és de gran importància per a la física moderna.
Què és "eniona"?
Cada última partícula de l'univers és de rajos còsmics a quarks, ja sigui fermió o bosó. Aquestes categories divideixen els blocs de construcció de l'univers en dos regnes diferents. En els últims 2020, els investigadors van descobrir els primers signes de l'existència del tercer regne de partícules - Enionas. Curiosament, els enions no es comporten com a fermions ni com bosons; En canvi, el seu comportament està en algun lloc del mig.
A l'article, publicat a l'estiu de 2020, a la revista Science, els físics van descobrir la primera evidència experimental que aquestes partícules no encaixen en cap dels coneguts físics dels regnes. "Solíem tenir bosons i fermions, i ara tenim aquest tercer regne de les partícules elementals", va dir Frank Wilchk, el premi Nobel guanyador de la física de l'Institut de Tecnologia de Massachusetts en una entrevista amb la revista Quanta.
Atès que les lleis de la mecànica quàntica, que descriuen el comportament de les partícules elementals, són molt diferents de les lleis conegudes de la física clàssica, els entenen bastant difícil. Per fer-ho, els investigadors ofereixen imaginar ... bucles de figura. Tot perquè quan es teixeixen els enions, un d'ells està "embolicat" al voltant de l'altre, canviant els estats quàntics.
Encara més emocionants articles sobre les lleis de la mecànica quàntica i els darrers descobriments en el camp de la física, llegeixen al nostre canal a Yandex.Dzen. Hi ha articles publicats regularment que no es troben al lloc.
Així que imagineu dues partícules indistinguibles similars als electrons. Agafeu-ne un i, a continuació, envieu-lo al voltant d'un altre perquè torni a on vaig començar a la meva manera. A primera vista, pot semblar que res ha canviat. I, de fet, en el llenguatge matemàtic de la mecànica quàntica, dues funcions d'ona que descriuen els estats inicials i finals han de ser iguals o tenir una desviació en una sola unitat. (En la mecànica quàntica, calculeu la probabilitat que observeu, menjant una funció d'ona en un quadrat, de manera que aquest coeficient - 1 es renti).
Si les funcions d'ona de la partícula són idèntiques, després de les bosones. I si són rebutjades per un coeficient, llavors mireu fermions. I encara que la conclusió obtinguda en el curs d'un nou estudi pot semblar exercici purament matemàtic, té greus conseqüències per a la física moderna.
Tres regnes de partícules elementals
Els investigadors també assenyalen que els fermions són membres antisocials del món de les partícules, ja que mai no ocupen el mateix estat quàntic. A causa d'això, els electrons que pertanyen a la classe de Fermion cauen en diverses petxines atòmiques al voltant de l'àtom. D'aquest simple fenomen hi ha una majoria d'espai a l'àtom, una varietat increïble de sistema periòdic i tota la química.
Llegiu també: els científics es van acostar a la comprensió per què hi ha un univers
Els bosons, d'altra banda, són partícules ramaderes que tenen una capacitat feliç de combinar i separar el mateix estat quàntic. Per tant, els fotons que pertanyen a la classe de bosons poden passar l'un a l'altre, permetent que els raigs de llum es moguin lliurement i no dissipar-se.
Però, què passa si teniu una partíctima quàntica al voltant d'una altra? Tornarà a l'estat quàntic original? Per entendre això o no, és necessari aprofundir en un curt curs de topologia - examen matemàtic de les formes. Es creu que dues formes són topològicament equivalents si es pot transformar en un altre sense cap acció addicional (encolat o separació). La tassa de donut i el cafè, com diu el vell dit, són topològicament equivalents, perquè es pot formar sense problemes i contínuament a un altre.
Penseu en un bucle que vam fer quan una partícula girava al voltant de l'altra. En tres dimensions, aquest bucle es pot prémer fins al punt. Topològicament, sembla si la partícula no es mou en absolut. No obstant això, en dues dimensions del bucle no es pot reduir, es va enganxar a una altra partícula. Això significa que no funcionarà del bucle en el procés. A causa d'aquestes restriccions, només es detecta en dues dimensions: el bucle d'una partícula al voltant de l'altre no és equivalent a la residència de la partícula en el mateix lloc. Sí, el cap passa al voltant. Per això, els físics necessitaven la tercera classe de partícules - Eniona. Les seves funcions d'ona no es limiten a dues decisions que defineixen els fermions i els bosons i aquestes partícules no són cap altre.
A principis dels anys vuitanta, la física per primera vegada va utilitzar aquestes condicions per observar l'efecte "Halltum Hall Fracial", en què es recullen electrons junts per crear les anomenades quasipartícules que tinguin un ictus d'un electró. El 1984, en el treball de dues pàgines fonamentals, Frank Willchek, Daniel Alovaya i John Robert Sriffera van demostrar que aquestes quasipartícules poden ser de totes maneres. Però els científics mai van observar aquest comportament de les quasipartícules, i per tant no podien demostrar que les anions no són iguals cap fermions ni bosons.
És interessant: per què la física quàntica és similar a la màgia?
Per això, un nou estudi és revolucionari: la física finalment va aconseguir demostrar que Enionas es comporta com una creu entre el comportament dels bosons i els fermions. Curiosament, el 2016, tres físiques van descriure una configuració experimental, semblant a un petit col·lisionador d'introns en dues dimensions. Feb i els seus col·legues van construir alguna cosa similar a la mesura de les fluctuacions dels corrents al col·lisionament.
Van aconseguir demostrar que el comportament dels enions correspon exactament a prediccions teòriques. En general, els autors de treball científic esperen que confonguin que els enions puguin tenir un paper important en la creació d'ordinadors quàntics. Més informació sobre el que és un ordinador quàntic i com funciona, llegeix en el material del meu col·lega Ramis Ganiev.