2020 memoros la mondon ne nur kiel jaro, kiu rompis ĉiujn imagindajn kaj nekoncepteblajn temperaturajn registrojn, sed ankaŭ kiel periodo de homa historio, dum kiu la ekzisto de la tria regno de partikloj nomis "eniona", kiu ekzistas en du dimensioj ĉe la samtempe. Enerale, parolante pri partikla fiziko, oni notu, ke ĝis antaŭ nelonge estis nur du kategorioj aŭ regnoj - bosonoj kaj fermionoj. La kriterio por dividi elementajn partiklojn en du tendarojn estas la valoro de la malantaŭa, kvantuma nombro, kiu karakterizas sian propran momenton de la partiklo pulso. Alivorte, se la spino aparte prenita partikloj estas determinita per entjero - antaŭ vi bosono, kaj se la duon-gardisto estas Fermion. Ĉi-jare, la esploristoj malkovris la unuajn signojn de la ekzisto de la tria regno de partikloj - alions, kies konduto ne estas kiel la konduto de nek bosonoj aŭ fermionoj. Ni diras, kio estas malĝuste kaj kial ilia malkovro estas tre grava por moderna fiziko.
Kio estas "eniona"?
Ĉiu lasta partiklo en la universo estas de kosmaj radioj al kvarkoj - aŭ fermiono aŭ bosono. Ĉi tiuj kategorioj dividas la konstruaĵajn blokojn de la universo en du malsamajn regnojn. En la pasintaj 2020, esploristoj malkovris la unuajn signojn de la ekzisto de la tria regno de partikloj - enionas. Kurioze, alions ne kondutas kiel fermionoj, nek kiel bosones; Anstataŭe ilia konduto estas ie en la mezo.
En la artikolo, publikigita en la somero de 2020, en la ĵurnalo Science, fizikistoj malkovris la unuajn eksperimentajn pruvojn, kiujn ĉi tiuj partikloj ne konvenas al iu ajn el la bonkonataj fizikistoj de la regnoj. "Ni kutimis havi bosonojn kaj fermionojn, kaj nun ni havas ĉi tiun trian regnon de elementaj partikloj," diris Frank Wilchk, la Nobel-premio gajninto en fiziko de la Masaĉuseca Instituto de Teknologio en intervjuo kun Quanta-revuo.
Ekde la leĝoj de kvantuma mekaniko, priskribante la konduton de elementaj partikloj, estas tre malsamaj de la konataj leĝoj de klasika fiziko, ili komprenas ilin tre malfacilaj. Por fari tion, esploristoj proponas imagi ... Figuro cikloj. Ĉio ĉar kiam la alions estas teksita, unu el ili estas "envolvita" ĉirkaŭ la alia, ŝanĝante kvantumajn ŝtatojn.
Eĉ pli ekscitaj artikoloj pri la leĝoj pri kvantuma mekaniko kaj la plej novaj malkovroj en la kampo de fiziko, legu en nia kanalo en yandex.dzen. Ekzistas regule publikigitaj artikoloj, kiuj ne estas en la retejo.
Do imagu du nedistingeblajn partiklojn similajn al elektronoj. Prenu unu, kaj poste enmetu ĝin ĉirkaŭ alia tiel ke ĝi revenos al kie mi komencis mian vojon. Unue, eble ŝajnas, ke nenio ŝanĝiĝis. Kaj efektive, pri la matematika lingvo de kvantuma mekaniko, du ondaj funkcioj priskribantaj la komencajn kaj finajn ŝtatojn devas esti aŭ egalaj aŭ havi devion al unu unuo. (En kvantuma mekaniko, vi kalkulas la verŝajnecon, kiun vi observas, manĝante ondfunkcion en kvadrato, tiel ke ĉi tiu koeficiento - 1 estas lavita for).
Se la ondaj funkcioj de la partiklo estas identaj, tiam antaŭ vi bosonoj. Kaj se ili estas rifuzitaj de 1 koeficiento, tiam vi rigardas fermionojn. Kaj kvankam la konkludo akirita en la kurso de nova studo eble ŝajnas pure matematika ekzerco, ĝi havas gravajn konsekvencojn por moderna fiziko.
Tri reĝlandoj de elementaj partikloj
Esploristoj ankaŭ rimarkas, ke fermionoj estas antisociaj membroj de la mondo de partikloj, ĉar ili neniam okupas la saman kvantuman staton. Pro ĉi tio, elektronoj kiuj apartenas al la Fermion-klaso falas en diversajn atomajn konkojn ĉirkaŭ la atomo mem. De ĉi tiu simpla fenomeno estas plimulto de spaco en la atomo - miriga vario de perioda sistemo kaj ĉiu kemio.
Legu ankaŭ: Sciencistoj alproksimiĝis al la kompreno, kial ekzistas universo
Bosonoj, aliflanke, estas greaj partikloj, kiuj havas feliĉan kapablon kombini kaj apartigi la saman kvantuman staton. Tiel, fotonoj, kiuj apartenas al la klaso de bosonoj, povas trairi unu la alian, permesante al la lumaj radioj libere moviĝi, kaj ne dispeli.
Sed kio okazas se vi havas unu kvantuman partiklon ĉirkaŭ alia? Ĉu ĝi revenos al la origina kvantuma ŝtato? Por kompreni ĉi tion aŭ ne, estas necese enprofundiĝi en mallonga kurso de topologio - matematika ekzameno de formoj. Oni kredas, ke du formoj estas topologie ekvivalentaj, se oni povas transformiĝi al alia sen aldonaj agoj (gluado aŭ apartigo). Donut kaj kafo Mug, kiel diras la malnova diro, estas topologie ekvivalenta, ĉar oni povas esti glate kaj kontinue formita al alia.
Konsideru buklon, kiun ni faris kiam unu partiklo turniĝas ĉirkaŭ la alia. En tri dimensioj, ĉi buklo povas esti premita al la punkto. Topologie, ĝi aspektas kvazaŭ la partiklo tute ne moviĝis. Tamen, en du dimensioj de la buklo ne povas malpligrandigi, ĝi restis sur alia partiklo. Ĉi tio signifas, ke ĝi ne ellaboros la buklon en la procezo. Pro ĉi tiu limigoj - detektitaj nur en du dimensioj - la buklo de unu partiklo ĉirkaŭ la alia ne egalas al la loĝejo de la partiklo en la sama loko. Jes, la kapo ĉirkaŭas. Tial fizikistoj bezonis la trian klason de partikloj - eniona. Iliaj ondaj funkcioj ne limiĝas al du decidoj, kiuj difinas fermionojn kaj bosonojn kaj ĉi tiujn partiklojn ne estas aliaj.
En la fruaj 1980-aj jaroj, fiziko por la unua fojo uzis ĉi tiujn kondiĉojn por observi la "frakcian kvantuman efekton", en kiu elektronoj estas kolektitaj kune por krei tiel nomatajn kvazaŭpartojn, kiuj havas baton de unu elektrono. En 1984, en la fundamenta du-paĝa laboro, Frank Willchek, Daniel Alovaya kaj John Robert Sriffera montris, ke ĉi tiuj kvazaŭpartikoj povas esti ĉiuokaze. Sed sciencistoj neniam observis tian konduton de kvazaŭpartikoj, kaj tial ne povis pruvi, ke la anjonoj ne similas iujn fermionojn aŭ bosonojn.
Estas interesa: kial kvantuma fiziko similas al magio?
Tial nova studo estas revolucia - fiziko fine sukcesis pruvi, ke enionas kondutas kiel kruco inter la konduto de bosonoj kaj fermionoj. Kurioze, en 2016, tri fiziko priskribis eksperimentan aranĝon, similan al eta intron-kolizilo en du dimensioj. Feb kaj liaj kolegoj konstruis ion similan por mezuri la fluktuojn de fluoj en kolizio.
Ili sukcesis montri, ke la konduto de alions ĝuste korespondas al teoriaj antaŭdiroj. Enerale, la aŭtoroj de scienca laboro esperas, ke konfuzanta alions povos ludi gravan rolon en kreado de kvantumaj komputiloj. Lernu pli pri kio estas kvantuma komputilo kaj kiel ĝi funkcias, legu en la materialo de mia kolego Ramis Ganiev.