|
Обнаружили частицы в другом измерении
|
|
|
|
Когда вы углубляетесь в саму структуру реальности, где элементарные частицы составляют материю, которая является вами, мной и всем, что нас окружает в трехмерном пространстве, все вокруг легко делится на две категории: фермионы и бозоны. Эти две категории частиц определяются главным образом их атомным спином (в терминах квантовой механики), причем бозоны (фотоны, глюоны, бозон Хиггса, W-бозоны и Z-бозоны) имеют целые значения спина, а фермионы (протоны, нейтроны, электроны, нейтрино) - полуцелые значения спина. В то время как два бозона могут занимать одно и то же квантовое состояние (именно поэтому фотоны могут проходить друг сквозь друга), два фермиона не могут — и это хорошо, поскольку, если бы они могли, вы бы сейчас провалились сквозь землю.
|
|
|
|
Но, как и в большинстве случаев в науке, все не всегда выстраивается так четко. Например, вот уже полвека ученые знают об аньоне, который существует в двумерном пространстве. Эта квазичастица, по сути, представляет собой нечто среднее между бозоном и фермионом, что объясняет, почему американский физик Фрэнк Вильчек назвал их “любыми” или просто "анионами". Однако экспериментальные наблюдения этих странных частиц в двумерных полупроводниках толщиной в один атом были проведены только в 2020 году. “У нас были бозоны и фермионы, а теперь у нас есть третье царство”, - сказал тогда Вильчек. “Это, безусловно, важная веха”.
|
|
|
|
Теперь ученые из Окинавского института науки и технологий (OIST) и Университета Оклахомы сообщают о существовании одномерной системы, в которой может существовать кто угодно. В двух отдельных статьях, опубликованных в журнале Physical Review A, исследователи описывают рецепт создания регулируемых анионов и их теоретические свойства, исследуя новый уголок этого “третьего царства” элементарных частиц.
|
|
|
|
|
|
|
“Каждая частица в нашей Вселенной, по-видимому, строго делится на две категории: бозонные и фермионные. Почему нет других?” Томас Буш, соавтор обоих исследований из OIST, заявил в заявлении для прессы. “Благодаря этим работам мы теперь открыли дверь для улучшения нашего понимания фундаментальных свойств квантового мира, и очень интересно видеть, к чему приведет нас теоретическая и экспериментальная физика”.
|
|
|
|
Все сущее существует только в более низких измерениях, потому что, проще говоря, у частиц в этих измерениях меньше возможностей для перемещения. Рауль Идальго-Сакотон (аспирант OIST) описывает “коэффициент обмена”, который существует в трехмерном пространстве — свойство, требующее, чтобы при обмене местами два электрона подчинялись простому правилу, определяющему математическую статистику этого события: его квадрат должен быть равен 1, что означает, что все частицы меняются местами. являются либо -1 (фермионы), либо 1 (бозоны).
|
|
|
|
Однако в двух измерениях это не так просто: “Чтобы удовлетворить закону неразличимости, нам нужны коэффициенты обмена в непрерывном диапазоне для учета обмена, зависящие от точных изгибов и поворотов траекторий”, - сказал Идальго-Сакото в заявлении для прессы. И все, что находится в этом диапазоне от -1 до 1, считается любым значением.
|
|
|
|
В этом исследовании Буш, Идальго-Сакото и их коллега Доэрте Блюм (Doerte Blume) из Университета Оклахомы обнаружили, что эта бинарная система бозонов-фермионов остается нарушенной в одном измерении, и они даже обнаружили метод специальной настройки коэффициента обмена. Из-за ограниченного перемещения в одном измерении частицы должны проходить друг сквозь друга, и это приводит к тому, что коэффициент обмена отличается от коэффициента обмена в других измерениях. Вероятно, это связано с силой взаимодействия частиц на малых расстояниях.
|
|
|
|
“Мы выявили не только возможность существования одномерных пользователей, но и показали, как можно отобразить статистику их обмена”, - сказал Буш в заявлении для прессы. “Мы очень рады видеть, какие будущие открытия будут сделаны в этой области и что это может рассказать нам о фундаментальной физике нашей Вселенной”.
|
|
|
|
Источник
|
