2020 se souviendront du monde non seulement comme une année qui a cassé toutes les registres de température imaginables et inconcevables, mais aussi une période d'histoire humaine, au cours de laquelle l'existence du troisième royaume de particules appelée "Eniona", qui existent en deux dimensions à la en même temps. En général, parlant de physique des particules, il convient de noter que jusqu'à récemment, il n'y avait que deux catégories ou des royaumes - Bosons et Fermions. Le critère de division des particules élémentaires en deux camps est la valeur du numéro de dos, quantique, qui caractérise son propre moment de l'impulsion de particules. En d'autres termes, si les particules prises séparément séparément sont déterminées par un entier - devant vous, Boson, et si le demi-gardien est fermion. Cette année, les chercheurs ont découvert les premiers signes de l'existence du troisième royaume de particules, dont le comportement ne ressemble pas au comportement de Niveau de bosons ni de fermions. Nous disons ce que l'Enionas est et pourquoi leur découverte revêt une grande importance pour la physique moderne.
Qu'est-ce que "Eniona"?
Chaque dernière particule de l'univers provient de rayons cosmiques à des quarks - Fermion ou Boson. Ces catégories divisent les immeubles de l'univers dans deux royaumes différents. Au cours des 20 dernières années, les chercheurs ont découvert les premiers signes de l'existence du troisième royaume de particules - Enionas. Fait intéressant, les enions ne se comportent pas comme des fermions, ni comme des bosons; Au lieu de cela, leur comportement est quelque part au milieu.
Dans l'article, publié à l'été 2020, dans la revue Science, les physiciens ont découvert la première preuve expérimentale que ces particules ne rentrent dans aucun des physiciens bien connus des royaumes. "Nous avions l'habitude d'avoir des bosons et des fermions, et nous avons maintenant ce troisième royaume de particules élémentaires", a déclaré Frank Wilchk, le lauréat du prix Nobel de la physique du Massachusetts Institute of Technology dans une interview avec Quanta Magazine.
Étant donné que les lois de la mécanique quantique, décrivant le comportement des particules élémentaires, sont très différentes des législations bien connues de la physique classique, ils les comprennent assez difficiles. Pour ce faire, les chercheurs proposent d'imaginer ... des boucles de la figure. Tout parce que lorsque les Enions sont tissées, l'un d'entre eux est "enveloppé" autour de l'autre, changeant des états quantiques.
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Imaginez donc deux particules indiscernables semblables aux électrons. Enlevez-en un, puis enveloppez-le autour d'un autre afin qu'il revienne à l'endroit où j'ai commencé mon chemin. Au premier abord, il peut sembler que rien n'a changé. Et en effet, sur le langage mathématique de la mécanique quantique, deux fonctions d'onde décrivant les états initiaux et finaux doivent être égaux ou avoir une déviation dans une unité. (Dans la mécanique quantique, vous calculez la probabilité que vous observez, mangeant une fonction d'onde dans un carré, de sorte que ce coefficient - 1 est lavé).
Si les fonctions d'onde de la particule sont identiques, alors avant que vous soyez des bosons. Et s'ils sont rejetés par 1 coefficient, vous regardez des fermions. Et bien que la conclusion obtenue au cours d'une nouvelle étude puisse sembler un exercice purement mathématique, il a de graves conséquences pour la physique moderne.
Trois royaumes de particules élémentaires
Les chercheurs notent également que les fermions sont des membres antisociaux du monde des particules, car ils n'occupent jamais le même état quantique. Pour cette raison, des électrons appartenant à la classe de fermion tombent dans divers coquilles atomiques autour de l'atome lui-même. De ce phénomène simple, une grande quantité d'espace dans l'atome - une variété étonnante de système périodique et de toute chimie.
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Les bosons, d'autre part, sont des particules de troupeau qui ont une capacité heureuse de combiner et de séparer le même état quantique. Ainsi, des photons qui appartiennent à la classe de bosons peuvent se traverser, permettant aux rayons lumineux de se déplacer librement et de ne pas se dissiper.
Mais que se passe-t-il si vous avez une particule quantique autour d'une autre? Retournera-t-il à l'état quantique original? Pour comprendre cela ou non, il est nécessaire d'approfondir dans un court cours de topologie - examen mathématique des formes. On pense que deux formes sont topologiquement équivalentes si on peut être transformé en un autre sans aucune action supplémentaire (collage ou séparation). Tasse de beignet et de café, comme dit le vieil adage, sont à topologiquement équivalent, car on peut être en douceur et en continuement formé à un autre.
Considérons une boucle que nous avons faite lorsqu'une particules a tourné autour de l'autre. En trois dimensions, cette boucle peut être pressée au point. Topologiquement, on dirait que la particule ne se déplace pas du tout. Cependant, dans deux dimensions de la boucle ne peut pas se contracter, il collé sur une autre particule. Cela signifie qu'il ne fonctionnera pas la boucle dans le processus. En raison de ces restrictions - détectées uniquement en deux dimensions - la boucle d'une particule autour de l'autre n'est pas équivalente à la résidence de la particule au même endroit. Oui, la tête va autour. C'est pourquoi les physiciens avaient besoin de la troisième classe de particules - Eniona. Leurs fonctions de vagues ne se limitent pas à deux décisions qui définissent des fermions et des bosons et ces particules ne sont pas d'autres.
Au début des années 1980, la physique pour la première fois a utilisé ces conditions d'observer l'effet "fractionné quantique de la salle", dans laquelle les électrons sont collectés ensemble pour créer des quasipérares dites qui ont un trait d'un électron. En 1984, dans le travail fondamental de deux pages, Frank Willchek, Daniel Alovaya et John Robert Sriffera ont montré que ces quasiparticules peuvent être de toute façon. Mais les scientifiques n'ont jamais observé un tel comportement des quasipérarticules et ne pouvaient donc pas prouver que les anions ne sont pas ressemblant à des fermions ni des bosons.
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C'est pourquoi une nouvelle étude est révolutionnaire - la physique a finalement réussi à prouver que Enionas se comporter comme un croisement entre le comportement des bosons et des fermions. Fait intéressant, en 2016, trois physies ont décrit une configuration expérimentale, ressemblant à une minuscule collisionnée d'intron en deux dimensions. Février et ses collègues ont construit quelque chose de similaire pour mesurer les fluctuations des courants du collisionneur.
Ils ont réussi à montrer que le comportement des Enions correspond exactement aux prévisions théoriques. En général, les auteurs de travaux scientifiques espèrent que les Enions confondes pourront jouer un rôle important dans la création d'ordinateurs quantiques. En savoir plus sur ce qui est un ordinateur quantique et comment cela fonctionne, lisez dans le matériel de mon collègue Ramis Ganiev.