2020 ricorderà il mondo non solo come un anno che ha rotto tutti i record di temperatura immaginabili e inconcepibili, ma anche come un periodo di storia umana, durante il quale l'esistenza del terzo regno di particelle ha chiamato "Eniona", che esiste in due dimensioni al contemporaneamente. In generale, parlando di fisica delle particelle, va notato che fino a poco tempo fa c'erano solo due categorie o regni - Bosoni e fermioni. Il criterio per dividere particelle elementari in due campi è il valore del retro, numero quantico, che caratterizza il proprio momento dell'impulso delle particelle. In altre parole, se il giro di particelle prese separatamente è determinato da un intero - davanti a te Bosone, e se il mezzo ranger è fermion. Quest'anno, i ricercatori hanno scoperto i primi segni dell'esistenza del terzo regno di particelle, il cui comportamento non è come il comportamento dei né dei Bosoni o dei fermioni. Dico a cosa è Enionas e perché la loro scoperta è di grande importanza per la fisica moderna.
Cos'è "Eniona"?
Ogni ultima particella nell'universo proviene dai raggi cosmici ai quarks - sia fermion o bosone. Queste categorie dividono i blocchi dell'edificio dell'universo in due regni diversi. Negli ultimi 2020, i ricercatori hanno scoperto i primi segni dell'esistenza del terzo regno di particelle - Enionas. È interessante notare che gli emioni non si comportano come fermioni, né come i bosoni; Invece, il loro comportamento è da qualche parte nel mezzo.
Nell'articolo, pubblicato nell'estate del 2020, nella rivista Science, i fisici hanno scoperto la prima prova sperimentale che queste particelle non si adattano a nessuno dei famosi fisici dei regni. "Avevamo un bosone e fermioni, e ora abbiamo questo terzo regno di particelle elementari", ha detto Frank Wilchk, il vincitore del premio Nobel in fisica dal Massachusetts Institute of Technology in un'intervista con Quanta Magazine.
Dal momento che le leggi della meccanica quantistica, descrivendo il comportamento delle particelle elementari, sono molto diverse dalle famose leggi della fisica classica, li capiscono abbastanza difficili. Per fare ciò, i ricercatori offrono di immaginare ... Loop figure. Tutto perché quando gli Enioni sono tessuti, uno di loro è "avvolto" intorno all'altro, cambiando stati quantistici.
Ancora più entusiasmanti articoli sulle leggi della meccanica quantistica e le ultime scoperte nel campo della fisica, leggi sul nostro canale in Yandex.dzen. Ci sono articoli regolarmente pubblicati che non sono sul sito.
Quindi immagina due particelle indistinguibili simili agli elettroni. Prendi uno, e poi avvolgerlo in un altro in modo che ritorni a dove ho iniziato la mia strada. A prima vista può sembrare che nulla sia cambiato. E infatti, sul linguaggio matematico della meccanica quantistica, due funzioni d'onda che descrivono gli stati iniziali e finali devono essere uguali o avere una deviazione in un'unica unità. (Nella meccanica quantistica, si calcola la probabilità che tu osservi, mangiando una funzione d'onda in un quadrato, in modo che questo coefficiente - 1 sia lavato via).
Se le funzioni dell'onda della particella sono identiche, allora prima dei bosoni. E se sono respinti da 1 coefficiente, allora guardi fermioni. E sebbene la conclusione ottenuta nel corso di un nuovo studio possa sembrare un esercizio puramente matematico, ha gravi conseguenze per la fisica moderna.
Tre regni di particelle elementari
I ricercatori notano inoltre che i fermioni sono membri antisociali del mondo delle particelle, poiché non occupano mai lo stesso stato quantico. A causa di ciò, gli elettroni che appartengono alla classe fermion cadono in vari conchiglie atomiche attorno all'atomo stesso. Di questo semplice fenomeno c'è la maggioranza dello spazio nell'atomo - una straordinaria varietà di sistema periodico e tutta la chimica.
Leggi anche: gli scienziati si sono avvicinati alla comprensione del motivo per cui c'è un universo
Bosoni, d'altra parte, sono particelle di erba che hanno una felice capacità di combinare e separare lo stesso stato quantico. Pertanto, i fotoni che appartengono alla classe dei Bosoni possono passare l'un l'altro, consentendo ai raggi di luce di muoversi liberamente, e non dissipare.
Ma cosa succede se hai una particella quantistica intorno a un'altra? Ritornerà allo stato di Quantum originale? Per capire questo o no, è necessario approfondire in un breve corso di topologia - esame matematico delle forme. Si ritiene che due forme siano topologicamente equivalenti se si può trasformarsi in un altro senza alcuna azione aggiuntiva (incollaggio o separazione). Donut e tazza da caffè, come dice il vecchio detto, sono topologicamente equivalenti, perché si può essere uniformemente e continuamente formata a un'altra.
Considera un anello che abbiamo fatto quando una particella ruotava nell'altra. In tre dimensioni, questo anello può essere spremuto fino al punto. Topologicamente, sembra se la particella non si muova affatto. Tuttavia, in due dimensioni del ciclo non può restringere, bloccato su un'altra particella. Ciò significa che non funzionerà il ciclo nel processo. A causa di queste restrizioni - rilevato solo in due dimensioni: il ciclo di una particella intorno all'altro non è equivalente alla residenza della particella nello stesso posto. Sì, la testa va in giro. Ecco perché i fisici avevano bisogno della terza classe di particelle - Eniona. Le loro funzioni d'onda non sono limitate a due decisioni che definiscono fermioni e i bosoni e queste particelle non sono altra.
Nei primi anni '80, la fisica per la prima volta ha usato queste condizioni per osservare il "effetto frazionario della sala quantistica", in cui gli elettroni vengono raccolti insieme per creare cosiddetti quasiparticelle che hanno un colpo di un elettrone. Nel 1984, nel lavoro fondamentale a due pagine, Frank Willchek, Daniel Alovaya e John Robert Sriffera hanno dimostrato che queste quasiparticelle possono essere comunque. Ma gli scienziati non hanno mai osservato un comportamento di quasiiparticioli, e quindi non poteva dimostrare che le anioni non sono simili a fermioni o bosoni.
È interessante: perché la fisica quantum è simile alla magia?
Ecco perché un nuovo studio è rivoluzionario - la fisica finalmente riuscita a dimostrare che Enionas si comporta come una croce tra il comportamento dei Bosoni e dei fermioni. È interessante notare che nel 2016, tre fisiche hanno descritto una configurazione sperimentale, simile a un minuscolo collegio introne in due dimensioni. Feb e i suoi colleghi hanno costruito qualcosa di simile per misurare le fluttuazioni delle correnti in collider.
Sono riusciti a dimostrare che il comportamento di Emions corrisponde esattamente alle previsioni teoriche. In generale, gli autori del lavoro scientifico sperano che i confusioni sia in grado di svolgere un ruolo importante nella creazione di computer quantistici. Ulteriori informazioni su ciò che è un computer quantico e su come funziona, leggi nel materiale del mio collega Ramis Ganiev.