Ciocnirile dezvăluie noi dovezi ale existenței „oricăror” cvasiparticule

Uneori, două dimensiuni sunt mai bune decât trei.

În lumea tridimensională în care trăim, există două clase de particule elementare: bozoni și fermioni. Dar în două dimensiuni, prevăd fizicienii teoreticieni, există o altă opțiune: anyons. Acum, oamenii de știință raportează noi dovezi că oricine există și că se comportă spre deosebire de orice particulă cunoscută. Folosind un mic „colizător”, cercetătorii au aruncat pe cineva presupus unul la altul pentru a le ajuta să le confirme identitățile, raportează fizicienii din 10 aprilie. Ştiinţă.

Toate particulele elementare cunoscute pot fi clasificate fie fermioni, fie bozoni. Electronii, de exemplu, sunt fermioni. Bosonii includ fotoni, care sunt particule de lumină, și faimosul boson Higgs, care explică modul în care particulele capătă masă (SN: 7/4/12). Cele două clase se comportă diferit: Fermionii sunt singuratici și se evită unul de altul, în timp ce bosonii se pot aglomera.

Apoi, cu aproximativ 40 de ani în urmă, „teoreticienii au prezis că într-o lume bidimensională, s-ar putea avea noi particule cu diferite comportamente numite anyons”, spune fizicianul Gwendal Fève de la Laboratoire de Physique de l’Ecole Normale Supérieure din Paris.

Oricine se încadrează undeva între bozoni și fermioni, fără a se evita complet unul pe celălalt sau nu se adună. Deoarece nu trăim în două dimensiuni, Fève și colegii au căutat pe oricine într-un strat 2-D de material. Acolo, oricine ar putea apărea ca „cvasiparticule”, tulburări într-un material solid care se comportă ca niște particule (SN: 10/3/14). Asemenea cvasiparticule se pot forma atunci când grupuri de electroni emulează o altă varietate de particule, un fel de fel în care un banc de pești se poate mișca într-un mod coordonat pentru a imita o creatură ciudată, strălucitoare, derutând prădătorii.

Oamenii de știință au văzut deja dovezi pentru oricine din materialele 2-D într-un câmp magnetic puternic. Cvasiparticulele din aceste materiale au o sarcină care este o fracțiune din cea a unui electron, așa cum s-a prezis pentru oricine. Dar oamenii de știință nu confirmaseră încă că cvasiparticulele se califică pe deplin drept anyones: cercetătorii nu au văzut comportamentul așteptat de grupare între cel al bosonilor și fermionilor.

În noul experiment, oricine a călătorit într-un avion 2-D, plasat într-un material stratificat. Cercetătorii au creat două fluxuri de anyons, direcționate astfel încât să se ciocnească în centru și apoi să iasă pe una dintre cele două căi.

Dacă cercetătorii s-ar fi ciocnit de fermioni antisociali, particulele ar fi luat drumuri separate după ciocnire. Bosonii, pe de altă parte, ar avea tendința de a se aglomera la aceeași ieșire. În experiment, cercetătorii au observat aglomerarea, dar cantitatea de aglomerare și modul în care s-a schimbat pe măsură ce oamenii de știință au variat rata cu care oricine au fost trimiși în coliziune, a fost în concordanță cu predicțiile teoretice pentru oricine.

„Este destul de concludent. Este un experiment realizat cu mare atenție și este un experiment foarte greu”, spune fizicianul teoretician Bernd Rosenow de la Universitatea din Leipzig din Germania. În 2016, el și colegii au propus un astfel de experiment într-un studiu în Scrisori de revizuire fizică.

Când cineva schimbă locuri sau se învârte unul în jurul celuilalt, prevăd fizicienii, stările cuantice ale cvasiparticulelor sunt modificate. Identificarea acestui proces, cunoscut sub numele de împletitură, ar întări mai pe deplin argumentul pentru existența oricărui om, spune fizicianul Chetan Nayak de la Microsoft Quantum și de la Universitatea din California, Santa Barbara.

Impletirea unor tipuri de anyon poate fi o tehnică utilă pentru construirea de computere cuantice mai bune (SN: 29/06/17). Versiunile actuale ale acelor computere sunt foarte susceptibile la alunecarea greșelilor în calcule. Asemenea unei împletituri îngrijite care ține părul rebel la linie, oricine împletit ar putea stoca informații într-un mod care este rezistent la astfel de erori.

Deși noul studiu nu a demonstrat împletirea, îi aduce pe oameni de știință un pas mai aproape de înțelegerea oricui. „Este un experiment frumos. Cu siguranță depășește ceea ce s-a făcut în trecut”, spune Nayak.