Bydd 2020 yn cofio'r byd nid yn unig fel blwyddyn a dorrodd yr holl gofnodion tymheredd dychmygus ac annirnadwy, ond hefyd fel cyfnod o hanes dynol, yn ystod y mae bodolaeth trydedd deyrnas gronynnau o'r enw "Eniona", sy'n bodoli mewn dau ddimensiwn yn y yr un pryd. Yn gyffredinol, yn siarad am ffiseg gronynnau, dylid nodi mai dim ond dau gategori neu deyrnas - boson a fflamau y dylid eu nodi. Y maen prawf ar gyfer rhannu gronynnau elfennol yn ddau wersyll yw gwerth y cefn, rhif cwantwm, sy'n nodweddu ei foment ei hun o'r pwls gronynnau. Hynny yw, os bydd y troelli a gymerir ar wahân yn cael ei bennu gan gyfanrif - o'ch blaen Boson, ac os yw'r hanner-ceidwad yn fermion. Eleni, darganfu'r ymchwilwyr yr arwyddion cyntaf o fodolaeth y drydedd deyrnas o ronynnau - nid yw eu hymddygiad yn debyg i ymddygiad nad yw bosons na Fermions. Rydym yn dweud beth yw ENIONAS a pham mae eu darganfyddiad yn bwysig iawn i ffiseg fodern.
Beth yw "Eniona"?
Mae pob gronyn olaf yn y bydysawd yn dod o belydrau cosmig i quarks - naill ai Fermion neu Boson. Mae'r categorïau hyn yn rhannu blociau adeiladu y bydysawd yn ddwy deyrnas wahanol. Yn y gorffennol 2020, darganfu ymchwilwyr arwyddion cyntaf bodolaeth y drydedd deyrnas o ronynnau - Enionas. Yn ddiddorol, nid yw ceiniogau yn ymddwyn fel Fermions, nac fel bosons; Yn lle hynny, mae eu hymddygiad yn rhywle yn y canol.
Yn yr erthygl, a gyhoeddwyd yn ystod haf 2020, yn y cylchgrawn Gwyddoniaeth, darganfu'r ffisegwyr y dystiolaeth arbrofol gyntaf nad yw'r gronynnau hyn yn ffitio i unrhyw un o'r ffisegwyr adnabyddus y teyrnasoedd. "Roeddem yn arfer cael bosons a fermiynau, ac erbyn hyn mae gennym y drydedd deyrnas hon o ronynnau elfennol," meddai Frank Wilchk, enillydd Gwobr Nobel mewn Ffiseg o Sefydliad Technoleg Massachusetts mewn cyfweliad gyda Quanta Magazine.
Gan fod cyfreithiau mecaneg cwantwm, yn disgrifio ymddygiad gronynnau elfennol, yn wahanol iawn i gyfreithiau adnabyddus ffiseg glasurol, maent yn eu deall yn eithaf anodd. I wneud hyn, mae ymchwilwyr yn cynnig dychmygu ... Dolenni ffigur. Pawb oherwydd pan fydd y ceiniogau yn cael eu gwehyddu, mae un ohonynt yn cael ei "lapio" o amgylch y llall, gan newid cwantwm yn nodi.
Hyd yn oed erthyglau mwy cyffrous ar ddeddfau mecaneg cwantwm a'r darganfyddiadau diweddaraf ym maes ffiseg, darllenwch ar ein sianel yn Yandex.dzen. Ceir erthyglau a gyhoeddir yn rheolaidd nad ydynt ar y safle.
Felly dychmygwch ddau ronynnau anwahanadwy tebyg i electronau. Cymerwch un, ac yna ei lapio o gwmpas un arall fel ei fod yn dychwelyd i ble y dechreuais fy ffordd. Ar yr olwg gyntaf gall ymddangos nad oes dim wedi newid. Ac yn wir, ar iaith fathemategol mecaneg cwantwm, mae'n rhaid i ddau swyddogaeth ton sy'n disgrifio'r wladwriaethau cychwynnol a therfynol fod yn gyfartal â neu fod yn wyriad yn un uned. (Mewn mecaneg cwantwm, rydych chi'n cyfrifo'r tebygolrwydd y byddwch yn ei arsylwi, gan fwyta swyddogaeth tonnau mewn sgwâr, fel bod y cyfernod hwn - 1 yn cael ei olchi i ffwrdd).
Os yw'r swyddogaethau ton y gronyn yr un fath, yna cyn i chi boson. Ac os ydynt yn cael eu gwrthod gan 1 cyfernod, yna rydych chi'n edrych ar Fermions. Ac er y gall y casgliad a gafwyd yn ystod astudiaeth newydd ymddangos yn ymarferiad mathemategol yn unig, mae ganddo ganlyniadau difrifol i ffiseg fodern.
Tair deyrnas o ronynnau elfennol
Mae ymchwilwyr hefyd yn nodi bod Fermions yn aelodau gwrthgymdeithasol o fyd gronynnau, gan nad ydynt byth yn meddiannu'r un cyflwr cwantwm. Oherwydd hyn, mae electronau sy'n perthyn i'r dosbarth Fermion yn syrthio i gregyn atomig amrywiol o amgylch yr atom ei hun. O'r ffenomen syml hon mae mwyafrif gofod yn yr atom - amrywiaeth anhygoel o system gyfnodol a phob cemeg.
Darllenwch hefyd: Aeth gwyddonwyr at y ddealltwriaeth pam mae bydysawd
Bosons, ar y llaw arall, yw gronynnau buches sydd â gallu hapus i gyfuno a gwahanu'r un cyflwr cwantwm. Felly, gall ffotonau sy'n perthyn i ddosbarth bosons basio drwy ei gilydd, gan ganiatáu i'r pelydrau golau symud yn rhydd, ac nid ydynt yn diflannu.
Ond beth sy'n digwydd os oes gennych un gronyn cwantwm o gwmpas un arall? A fydd yn dychwelyd i'r Wladwriaeth Quantum wreiddiol? Er mwyn deall hyn ai peidio, mae angen dyfnhau mewn cwrs byr o dopoleg - archwiliad mathemategol o ffurflenni. Credir bod dwy ffurf yn gyfwerth â thopograffeg os gellir trawsnewid un yn un arall heb unrhyw gamau ychwanegol (gludo neu wahanu). Mae toesen a mwg coffi, fel y dywed yr hen ddywediad, yn gyfwerth â thopolegol, oherwydd gellir ffurfio un yn ddidrafferth ac yn barhaus i un arall.
Ystyriwch ddolen a wnaethom pan oedd un gronyn yn cylchdroi o gwmpas y llall. Mewn tri dimensiwn, gellir gwasgu'r ddolen hon i'r pwynt. Yn debyg, mae'n edrych os na wnaeth y gronyn symud o gwbl. Fodd bynnag, mewn dau ddimensiwn y ddolen ni all crebachu, mae'n sownd ar gronyn arall. Mae hyn yn golygu na fydd yn gweithio allan y ddolen yn y broses. Oherwydd y cyfyngiadau hwn - canfod dim ond mewn dau ddimensiwn - nid yw dolen un gronyn o amgylch y llall yn gyfwerth â phreswylfa'r gronyn yn yr un lle. Ydy, mae'r pen yn mynd o gwmpas. Dyna pam mae gan ffisegwyr fod angen y trydydd dosbarth o ronynnau - Eniona. Nid yw eu swyddogaethau tonnau wedi'u cyfyngu i ddau benderfyniad sy'n diffinio Fermions and Bosons ac nid yw'r gronynnau hyn yn un arall.
Yn gynnar yn y 1980au, roedd ffiseg am y tro cyntaf yn defnyddio'r amodau hyn ar gyfer arsylwi ar yr "effaith Neuadd Fractional Hall", lle mae electronau yn cael eu casglu gyda'i gilydd i greu quasiditatlesau hyn sydd â strôc o un electron. Yn 1984, yn y gwaith dwy dudalen sylfaenol, Dangosodd Daniel Alovaya, Daniel Alovaya a John Robert Srifferera y gall y rhain ymwrthedd fod yn Anyhow. Ond ni welodd gwyddonwyr erioed ymddygiad o'r fath o quasiparticles, ac felly ni allai brofi nad yw'r anionoedd yn cael unrhyw fermau na bosons.
Mae'n ddiddorol: pam mae ffiseg cwantwm yn debyg i hud?
Dyna pam mae astudiaeth newydd yn chwyldroadol - llwyddodd Ffiseg yn y pen draw i brofi bod Enionas yn ymddwyn fel croes rhwng ymddygiad bosons a Fermions. Yn ddiddorol, yn 2016, disgrifiodd tri ffiseg osodiad arbrofol, gan debyg i wrthdrawiad bach iawn mewn dau ddimensiwn. Chwefror a'i gydweithwyr adeiladu rhywbeth tebyg i fesur amrywiadau cerrynt mewn gwrthdrawwyr.
Maent yn llwyddo i ddangos bod ymddygiad Donion yn union yn cyfateb i ragfynegiadau damcaniaethol. Yn gyffredinol, mae awduron gwaith gwyddonol yn gobeithio y bydd yn ddryslyd yn gallu chwarae rôl bwysig wrth greu cyfrifiaduron cwantwm. Dysgwch fwy am yr hyn sy'n gyfrifiadur cwantwm a sut mae'n gweithio, darllenwch yn y deunydd am fy nghyd-Aelod Ramis Ganiev.