2020 vil huske verden ikke bare som et år som brøt alle tenkelige og utænkelige temperaturrekorder, men også som en periode med menneskelig historie, hvor eksistensen av det tredje kongeriket av partikler kalt "Eniona", som eksisterer i to dimensjoner på samme tid. Generelt, som snakker om partikkelfysikk, bør det bemerkes at inntil nylig var det bare to kategorier eller kongedømmer - bosoner og fermioner. Kriteriet for å dele elementære partikler i to leirer er verdien av ryggen, kvantumnummeret, som karakteriserer sitt eget øyeblikk av partikkelpulsen. Med andre ord, hvis spinnet separat tatt partikler bestemmes av et heltall - foran deg boson, og hvis halvrangen er fermion. I år oppdaget forskerne de første tegnene på eksistensen av det tredje kongeriket av partikler - Enions, hvis oppførsel ikke er som oppførselen til verken bosoner eller fermioner. Vi forteller hva Enionas er og hvorfor deres oppdagelse er av stor betydning for moderne fysikk.
Hva er "Eniona"?
Hver siste partikkel i universet er fra kosmiske stråler til kvarker - enten fermion eller boson. Disse kategoriene deler byggeblokkene i universet i to forskjellige kongedømmer. I løpet av de siste 2020 oppdaget forskerne de første tegnene på eksistensen av det tredje kongeriket av partikler - Enionas. Interessant, enjoner oppfører ikke som fermioner, heller ikke som bosoner; I stedet er deres oppførsel et sted i midten.
I artikkelen, publisert sommeren 2020, i tidsskriftet, oppdaget fysikere det første eksperimentelle beviset for at disse partiklene ikke passer inn i noen av de kjente fysikernes kjente fysikere. "Vi pleide å ha bosoner og fermioner, og nå har vi dette tredje kongeriket av elementære partikler," sa Frank Wilchk, Nobelprisvinneren i fysikk fra Massachusetts Institutt for teknologi i et intervju med Quanta Magazine.
Siden lovene i kvantemekanikk, som beskriver oppførselen til elementære partikler, er svært forskjellige fra de kjente lovene i klassisk fysikk, forstår de dem ganske vanskelige. For å gjøre dette tilbyr forskere å forestille seg å forestille seg ... Figur sløyfer. Alt fordi når enjonene er vevd, er en av dem "innpakket" rundt den andre, skiftende kvantestater.
Enda mer spennende artikler om lovene i kvantemekanikk og de siste funnene i fysikkfeltet, les på vår kanal i Yandex.dzen. Det er regelmessig publiserte artikler som ikke er på nettstedet.
Så forestill deg to uendelige partikler som ligner på elektroner. Ta en, og pakk den deretter rundt en annen slik at den vender tilbake til hvor jeg startet meg. Ved første øyekast kan det virke som om ingenting har endret seg. Og faktisk, på det matematiske språket i kvantemekanikk, må to bølgefunksjoner som beskriver de opprinnelige og de endelige statene enten være lik eller ha en avvik i en enhet. (I kvantemekanikk beregner du sannsynligheten for at du observerer, spiser en bølgefunksjon på et firkant, slik at denne koeffisienten - 1 vaskes bort).
Hvis bølgefunksjonene til partikkelen er identiske, så før du bosoner. Og hvis de blir avvist av 1 koeffisient, så ser du på fermioner. Og selv om den konklusjonen som er oppnådd i løpet av en ny studie, kan virke rent matematisk trening, har det alvorlige konsekvenser for moderne fysikk.
Tre kongedømmer av elementære partikler
Forskere merker også at fermioner er antisosiale medlemmer av partiklerens verden, siden de aldri okkuperer den samme kvante staten. På grunn av dette faller elektronene som tilhører fermionsklassen inn i forskjellige atomskall rundt at atomet selv. Av dette enkle fenomenet er det et flertall av plass i Atom - et utrolig utvalg av periodisk system og all kjemi.
Les også: Forskere nærmet seg forståelsen hvorfor det er et univers
Bosoner, derimot, er flokkerpartikler som har en god evne til å kombinere og skille samme kvante tilstand. Dermed kan fotoner som tilhører klassen av bosoner passere gjennom hverandre, slik at lysstrålene beveger seg fritt, og ikke sprer seg.
Men hva skjer hvis du har en kvantpartikkel rundt en annen? Vil det gå tilbake til den opprinnelige kvantestaten? For å forstå dette eller ikke, er det nødvendig å utdype seg i et kort tidspunkt for topologi - matematisk undersøkelse av skjemaer. Det antas at to former er topologisk ekvivalente hvis man kan omdannes til en annen uten ytterligere handlinger (liming eller separasjon). Donut og kaffe krus, som det gamle ordtaket sier, er topologisk ekvivalente, fordi man kan være jevnt og kontinuerlig dannet til en annen.
Tenk på en løkke som vi gjorde da en partikkel roterte seg rundt den andre. I tre dimensjoner kan denne sløyfen presses til punktet. Topologisk ser det ut som om partikkelen ikke beveget seg i det hele tatt. Men i to dimensjoner av sløyfen kan ikke krympe, den sitter fast på en annen partikkel. Dette betyr at det ikke vil fungere sløyfen i prosessen. På grunn av disse restriksjonene, oppdages bare i to dimensjoner - sløyfen av en partikkel rundt den andre er ikke ekvivalent med partikkelens opphold på samme sted. Ja, hodet går rundt. Derfor trengte fysikere den tredje klassen av partikler - Eniona. Deres bølgefunksjoner er ikke begrenset til to beslutninger som definerer fermioner og bosoner, og disse partiklene er ingen andre.
I begynnelsen av 1980-tallet brukte fysikk for første gang disse forholdene for å observere "fraksjonal kvanthall-effekten", hvor elektronene samles sammen for å skape såkalte quasipartikler som har et slag av en elektron. I 1984, i det grunnleggende to-siders arbeid, viste Frank Willchek, Daniel Alovaya og John Robert Sririffera at disse kvasipartiklene kan være uansett. Men forskere observert aldri slik oppførsel av quasipartikler, og kunne derfor ikke bevise at anionene ikke er like noen fermioner eller bosoner.
Det er interessant: Hvorfor Quantum Physics er lik Magic?
Det er derfor en ny studie er revolusjonerende - fysikk endelig klarte å bevise at Enionas oppfører seg som et kryss mellom bosonerens og fermioner. Interessant, i 2016, beskrev tre fysikk i 2016 et eksperimentelt oppsett, som lignet en liten intron collider i to dimensjoner. Feb og hans kolleger bygde noe som ligner på å måle fluktuasjonene i strømmen i Collider.
De klarte å vise at oppførselen til Enions nøyaktig tilsvarer teoretiske spådommer. Generelt håper forfatterne av vitenskapelig arbeid at forvirrende ENONER vil kunne spille en viktig rolle i å skape kvantedatamaskiner. Lær mer om hva som er en kvantedatamaskin og hvordan det fungerer, les i materialet til min kollega Ramis Ganiev.