2020 zal de wereld niet alleen herinneren als een jaar dat alle denkbare en onvoorstelbare temperatuurrecords brak, maar ook als een periode van de menselijke geschiedenis, waarin het bestaan van het derde koninkrijk van deeltjes "Eniona", dat in twee dimensies op de dezelfde tijd. In het algemeen, gesproken over deeltjesfysica, moet worden opgemerkt dat tot voor kort slechts twee categorieën of koninkrijken - bosons en fermions waren. Het criterium voor het delen van elementaire deeltjes in twee kampen is de waarde van het rug-, quantumnummer, dat kenmerkt op het eigen moment van de deeltjespuls. Met andere woorden, als de draaien afzonderlijk deeltjes wordt bepaald door een geheel getal - voor u Boson, en als de halve ranger Fermion is. Dit jaar ontdekten de onderzoekers de eerste tekenen van het bestaan van het derde koninkrijk deeltjes - enies, wiens gedrag niet is zoals het gedrag van noch bosons of fermions. We vertellen wat Enionas is en waarom hun ontdekking van groot belang is voor de moderne natuurkunde.
Wat is "eniona"?
Elk laatste deeltje in het universum is van kosmische stralen tot quarks - ofwel Fermion of Boson. Deze categorieën verdelen de bouwstenen van het universum in twee verschillende koninkrijken. In het afgelopen 2020 ontdekten onderzoekers de eerste tekenen van het bestaan van het derde koninkrijk deeltjes - Enionas. Interessant is dat eningen zich niet als fermionen gedragen, noch zoals bosons; In plaats daarvan is hun gedrag ergens in het midden.
In het artikel, gepubliceerd in de zomer van 2020, ontdekten natuurkundigen in het tijdschriftwetenschap het eerste experimentele bewijs dat deze deeltjes niet passen in een van de bekende natuurkundigen van de koninkrijken. "Vroeger hadden we bosons en fermions, en nu hebben we dit derde koninkrijk van elementaire deeltjes," zei Frank Wilchk, de Nobelprijswinnaar in de natuurkunde van het Massachusetts Institute of Technology in een interview met Quanta Magazine.
Aangezien de wetten van de kwantummechanica, het beschrijven van het gedrag van elementaire deeltjes, verschillend van de bekende wetten van klassieke fysica, begrijpen ze ze behoorlijk moeilijk. Om dit te doen, bieden onderzoekers zich voor om voor te stellen ... Figuurlussen. Alles omdat wanneer de enies geweven zijn, een van hen wordt "ingepakt" om de andere, veranderende kwantumstaten.
Nog meer spannende artikelen over de wetten van de kwantummechanica en de nieuwste ontdekkingen op het gebied van de natuurkunde, lezen op ons kanaal in Yandex.dzen. Er zijn regelmatig gepubliceerde artikelen die niet op de site staan.
Dus stel je voor dat twee niet-verschillend deeltjes vergelijkbaar met elektronen. Neem er een, en wikkel het dan in de andere, zodat het terugkeert naar waar ik mijn weg begon. Op het eerste gezicht lijkt het misschien dat er niets is veranderd. En inderdaad, op de wiskundige taal van de kwantummechanica, moeten twee golffuncties die de initiële en eindstoestanden beschrijven, gelijk zijn aan of een afwijking in één eenheid hebben. (In Quantum Mechanics bereken je de waarschijnlijkheid dat je observeert, eet een golffunctie op een vierkant, zodat deze coëfficiënt - 1 wordt weggespoeld).
Als de golffuncties van het deeltje identiek zijn, dan voor u bosons. En als ze met 1 coëfficiënt worden afgewezen, kijk dan naar fermions. En hoewel de conclusie die in de loop van een nieuwe studie is verkregen, kan puur wiskundige oefening lijken, heeft het ernstige gevolgen voor de moderne natuurkunde.
Drie koninkrijken van elementaire deeltjes
Onderzoekers merken ook op dat fermions antisociale leden van de wereld van deeltjes zijn, omdat ze nooit dezelfde quantumstaat bezetten. Hierdoor vallen elektronen die tot de Fermion-klasse behoren in verschillende atomaire schelpen rond het atoom zelf. Van dit eenvoudige fenomeen is er een meerderheid van de ruimte in het atoom - een verbazingwekkende verscheidenheid aan periodiek systeem en alle chemie.
Lees ook: Wetenschappers naderden het begrip waarom er een universum is
Bosons, aan de andere kant, zijn kudde deeltjes die een gelukkig vermogen hebben om dezelfde quantumstaat te combineren en te scheiden. Aldus kunnen fotonen die tot de klasse van bosons behoren, elkaar kunnen passeren, waardoor de lichtstralen vrij kunnen bewegen en niet verdwijnen.
Maar wat gebeurt er als je een kwantumdeeltje in de andere hebt? Zal het terugkeren naar de originele Quantum-staat? Om dit te begrijpen of niet, is het nodig om te verdiepen in een korte cursus van topologie - wiskundig onderzoek van formulieren. Er wordt aangenomen dat twee vormen topologisch equivalent zijn als men in een andere kan worden getransformeerd zonder aanvullende acties (lijmen of scheiding). Donut en koffiemok, zoals het oude gezegde zegt, zijn topologisch equivalent, omdat men soepel en continu aan een ander kan worden gevormd.
Overweeg een lus die we deden toen een deeltje rond de ander draaide. In drie dimensies kan deze lus op het punt worden geperst. Topologisch gezien lijkt het eruit als het deeltje helemaal niet bewoog. In twee dimensies van de lus kan echter niet krimpen, het vastzit op een ander deeltje. Dit betekent dat het de lus niet in het proces zal uitwerken. Vanwege deze beperkingen - alleen gedetecteerd in twee dimensies - is de lus van één deeltje over de andere kant niet equivalent aan de woning van het deeltje op dezelfde plaats. Ja, het hoofd gaat rond. Daarom hadden natuurkundigen de derde klasse van deeltjes nodig - Eniona. Hun golffuncties zijn niet beperkt tot twee beslissingen die fermions en bosonen definiëren en deze deeltjes zijn geen ander.
In het begin van de jaren tachtig gebruikten de natuurkunde voor het eerst deze voorwaarden voor het observeren van het "fractionele kwantumhalseffect", waarin elektronen worden verzameld om zogenaamde quasiparticles te creëren die een slag van één elektron hebben. In 1984 toonden Frank Willchek, Daniel Aluvaya en John Robert Sriffera in het fundamentele tweepersoonskamer. Maar wetenschappers observeerden nooit een dergelijk gedrag van quasiparticles en kon daarom niet bewijzen dat de anionen niet hetzelfde zijn, alle fermio's of bosons.
Het is interessant: waarom is Quantum Physics verwant aan magie?
Dat is de reden waarom een nieuwe studie revolutionair is - Fysica slaagde er eindelijk in om te bewijzen dat Enionas zich gedraagt als een kruising tussen het gedrag van bosons en fermions. Interessant is dat in 2016 in 2016 een experimentele opstelling beschreven, die lijkt op een kleine intron-collider in twee dimensies. FEB en zijn collega's bouwden iets vergelijkbaar met de fluctuaties van stromingen in collider.
Ze slaagden erin te laten zien dat het gedrag van eningen precies overeenkomt met theoretische voorspellingen. Over het algemeen hopen de auteurs van wetenschappelijk werk dat verwarrende eningen in staat zullen zijn om een belangrijke rol te spelen bij het creëren van kwantumcomputers. Meer informatie over wat een kwantumcomputer is en hoe het werkt, lees in het materiaal van mijn collega Ramis Ganiev.