2020 Je, kukumbuka ulimwengu sio tu kama mwaka ambao walivunja rekodi zote za joto na zisizowezekana, lakini pia kama kipindi cha historia ya binadamu, wakati ambapo kuwepo kwa ufalme wa tatu wa chembe inayoitwa "Eniona", ambayo iko katika vipimo viwili katika wakati huo huo. Kwa ujumla, akizungumzia fizikia ya chembe, ni lazima ieleweke kwamba hadi hivi karibuni kulikuwa na makundi mawili au falme - Bosons na fermions. Kigezo cha kugawanya chembe za msingi katika makambi mawili ni thamani ya nambari ya nyuma, kiasi, ambayo inaonyesha wakati wake mwenyewe wa pulse ya chembe. Kwa maneno mengine, ikiwa spin tofauti kuchukuliwa chembe ni kuamua na integer - mbele yako Boson, na kama nusu-mgambo ni fermion. Mwaka huu, watafiti waligundua ishara za kwanza za kuwepo kwa ufalme wa tatu wa chembe - enions, ambao tabia yake si kama tabia ya mabwawa au fermions. Tunasema nini enionas na kwa nini ugunduzi wao ni wa umuhimu mkubwa kwa fizikia ya kisasa.
"Eniona" ni nini?
Kila chembe ya mwisho katika ulimwengu ni kutoka kwa mionzi ya cosmic hadi quarks - ama fermion au boson. Makundi haya yanagawanya vitalu vya ujenzi wa ulimwengu katika falme mbili tofauti. Katika kipindi cha 2020, watafiti waligundua ishara za kwanza za kuwepo kwa ufalme wa tatu wa chembe - enionas. Kushangaza, enions haifai kama fermions, wala kama mabwawa; Badala yake, tabia yao ni mahali fulani katikati.
Katika makala hiyo, iliyochapishwa katika majira ya joto ya 2020, katika jarida la Sayansi, fizikia waligundua ushahidi wa kwanza wa majaribio kwamba chembe hizi haziingii ndani ya fizikia yoyote inayojulikana ya falme. "Tulikuwa na mabwawa na fermions, na sasa tuna ufalme wa tatu wa chembe za msingi," alisema Frank Wilchk, mshindi wa tuzo ya Nobel katika fizikia kutoka Taasisi ya Teknolojia ya Massachusetts katika mahojiano na gazeti la Quanta.
Tangu sheria za mechanics za quantum, kuelezea tabia ya chembe za msingi, ni tofauti sana na sheria zinazojulikana za fizikia ya classical, wanaelewa kuwa vigumu sana. Kwa kufanya hivyo, watafiti wanatoa kufikiria ... kitanzi cha takwimu. Yote kwa sababu wakati enions ni kusuka, mmoja wao ni "amevikwa" karibu na nyingine, kubadilisha majimbo quantum.
Makala zaidi ya kusisimua juu ya sheria za mechanics ya quantum na uvumbuzi wa hivi karibuni katika uwanja wa fizikia, soma kwenye kituo chetu katika Yandex.dzen. Kuna mara kwa mara kuchapishwa makala ambayo si kwenye tovuti.
Kwa hiyo fikiria chembe mbili zisizojulikana kama vile elektroni. Kuchukua moja, na kisha kuifunga karibu na mwingine ili irudie mahali nilipoanza njia yangu. Kwa mtazamo wa kwanza inaweza kuonekana kuwa hakuna kitu kilichobadilika. Na kwa kweli, juu ya lugha ya hisabati ya mechanics ya quantum, kazi mbili za wimbi zinazoelezea majimbo ya awali na ya mwisho lazima iwe sawa au kuwa na kupotoka katika kitengo kimoja. (Katika mechanics ya quantum, unahesabu uwezekano kwamba unaona, unakula kazi ya wimbi katika mraba, ili mgawo huu - 1 ni kuosha mbali).
Ikiwa kazi ya wimbi ya chembe ni sawa, basi kabla ya mabwawa. Na kama wanakataliwa na mgawo 1, basi unatazama fermions. Na ingawa hitimisho lililopatikana wakati wa utafiti mpya inaweza kuonekana zoezi la hisabati, lina madhara makubwa kwa fizikia ya kisasa.
Ufalme wa tatu wa chembe za msingi.
Watafiti pia wanasema kuwa fermions ni wanachama wa antisocial wa ulimwengu wa chembe, kwa sababu hawawezi kuchukua hali hiyo ya quantum. Kwa sababu ya hili, elektroni ambazo ni za darasa la fermion huanguka katika shells mbalimbali za atomiki karibu na atomi yenyewe. Kati ya jambo hili rahisi kuna nafasi kubwa katika atomi - aina ya ajabu ya mfumo wa mara kwa mara na kemia zote.
Soma pia: Wanasayansi walikaribia kuelewa kwa nini kuna ulimwengu
Bosons, kwa upande mwingine, ni chembe za ng'ombe ambazo zina uwezo wa kuchanganya na kutenganisha hali hiyo ya quantum. Hivyo, photons ambayo ni ya darasa la Bosons inaweza kupita kwa kila mmoja, kuruhusu mwanga mwanga kuhamia kwa uhuru, na si kufuta.
Lakini nini kinachotokea ikiwa una chembe moja ya quantum karibu na mwingine? Je, itarudi kwenye hali ya asili ya quantum? Ili kuelewa hili au la, ni muhimu kuimarisha kwa muda mfupi wa topolojia - uchunguzi wa hisabati wa fomu. Inaaminika kuwa aina mbili ni sawa na asilimia moja ikiwa mtu anaweza kubadilishwa kuwa mwingine bila vitendo vingine vya ziada (gluing au kujitenga). Mug na mug ya kahawa, kama neno la kale linasema, ni sawa na sawa, kwa sababu mtu anaweza kuwa vizuri na kuendelea kuundwa kwa mwingine.
Fikiria kitanzi ambacho tulifanya wakati chembe moja ilizunguka karibu na nyingine. Katika vipimo vitatu, kitanzi hiki kinaweza kufungwa kwa uhakika. Topilogically, inaonekana kama chembe hakuwa na hoja kabisa. Hata hivyo, katika vipimo viwili vya kitanzi haziwezi kupungua, imekwama kwenye chembe nyingine. Hii ina maana kwamba haitafanya kazi nje ya kitanzi katika mchakato. Kwa sababu ya vikwazo hivi - hugunduliwa tu kwa vipimo viwili - kitanzi cha chembe moja karibu na nyingine si sawa na makazi ya chembe mahali pale. Ndiyo, kichwa kinazunguka. Ndiyo sababu fizikia zinahitaji darasa la tatu la chembe - eniona. Kazi zao za wimbi hazipunguki kwa maamuzi mawili ambayo yanafafanua fermions na mabwawa na chembe hizi sio nyingine.
Mwanzoni mwa miaka ya 1980, fizikia kwa mara ya kwanza ilitumia hali hizi kwa kuzingatia "athari ya kitengo cha Halmashauri", ambayo elektroni hukusanywa pamoja ili kuunda kile kinachoitwa quasiparticles ambacho kina kiharusi cha elektroni moja. Mnamo mwaka wa 1984, katika kazi ya msingi ya ukurasa wa pili, Frank Willchek, Daniel Alovaya na John Robert Sriffera walionyesha kwamba hizi quasiparticles inaweza kuwa sawa. Lakini wanasayansi hawakuona tabia kama hiyo ya quasiparticles, na kwa hiyo haikuweza kuthibitisha kwamba anions si sawa na fermions yoyote au mabwawa.
Ni ya kuvutia: Kwa nini fizikia ya quantum ni sawa na uchawi?
Ndiyo sababu utafiti mpya ni mapinduzi - fizikia hatimaye imeweza kuthibitisha kwamba enionas hufanya kama msalaba kati ya tabia ya mabwawa na fermions. Inashangaza, mwaka 2016, fizikia tatu alielezea kuanzisha majaribio, akifanana na mshikamano mdogo wa intron katika vipimo viwili. Feb na wenzake walijenga kitu sawa na kupima mabadiliko ya mikondo katika collider.
Waliweza kuonyesha kwamba tabia ya enions inafanana na utabiri wa kinadharia. Kwa ujumla, waandishi wa kazi ya kisayansi matumaini kwamba eninues kuchanganyikiwa watakuwa na jukumu muhimu katika kujenga kompyuta quantum. Jifunze zaidi kuhusu ni nini kompyuta ya quantum na jinsi inavyofanya kazi, soma katika nyenzo za mwenzangu Ramis Ganiev.