Sampai sekarang, fisika telah membedakan antara fermion dan boson, tetapi sekarang ada bukti jenis partikel ketiga
Sekilas, dunia kita tampaknya sangat kompleks. Namun, menurut hukum fisika partikel, itu diatur secara ketat. Menurut ini, hanya ada dua kelas partikel, partikel materi dan partikel gaya. Semua materi yang diketahui di alam semesta terdiri dari yang pertama. Ini termasuk, khususnya, elektron dan quark, yang membentuk proton dan neutron dalam inti atom. Partikel gaya, di sisi lain, termasuk partikel cahaya atau foton. Namun, dua fisikawan, Zhiyuan Wang dari Max Planck Institute of Quantum Optics di Garching dan Kaden Hazzard dari Rice University di Houston, kini telah menemukan bahwa kelas ketiga partikel dapat ada: apa yang disebut parapchartikel.
Mekanika kuantum membedakan antara dua jenis statistik partikel: fermion, dengan putaran setengah integer (blok bangunan materi, seperti elektron), dan boson, dengan spin bilangan bulat (pembawa gaya seperti foton dan gluon). Fermions mematuhi prinsip eksklusi Pauli, yang berarti mereka tidak dapat menempati keadaan kuantum yang sama. Boson, bagaimanapun, dapat, yang mengarah pada fenomena seperti kondensat Bose-Einstein, yang diamati pada superfluida. Perbedaan antara kedua kelas ini memiliki implikasi mendalam untuk struktur atom dan perilaku berbagai fase materi.
Sudah lama dipercaya bahwa tidak ada di luar atau di antara kedua kategori ini – kecuali untuk siapa pun, yang hanya dapat ada dalam bahan dua dimensi. Pengecualian potensial kedua, yang dikenal sebagai parapchartikel, telah secara konsisten didefinisikan dalam dimensi spasial apa pun dan pertama kali diusulkan pada 1950 -an. Meskipun dipelajari secara luas oleh komunitas fisika berenergi tinggi, oleh studi matematika tahun 1970-an tampaknya menunjukkan bahwa parapchartikel hanyalah boson atau fermion yang menyamar. Akibatnya, menjadi diterima secara luas bahwa di dunia tiga dimensi kita, hanya fermion dan boson yang dimungkinkan. Namun, pandangan lama ini sekarang sedang ditantang.
Partikel dengan sifat yang benar -benar baru
Sebuah studi baru -baru ini oleh para ahli teori Zhiyuan Wang, mantan kandidat PhD di Rice University dan sekarang peneliti postdoctoral di Max Planck Institute of Quantum Optics, dan Kaden Hazzard, Profesor di Rice University, secara matematis membuktikan untuk pertama kalinya parastatistik non -trivial dapat muncul dalam fase topologi eksotik tertentu. Temuan ini menunjuk pada fenomena fisik baru di luar yang diprediksi oleh statistik partikel biasa.
-Penemuan ini dapat membuka perbatasan baru dalam fisika materi kental dengan memperluas pemahaman kita tentang fase topologi dan statistik quasipartikel. Lebih spekulatif, ini juga menunjukkan kemungkinan jenis baru partikel elementer di alam,- kata Zhiyuan Wang, penulis pertama makalah ini.
Menggunakan matematika canggih – termasuk Aljabar Lie, aljabar hopf, dan teori representasi – dikombinasikan dengan metode jaringan tensor untuk memvisualisasikan konsep abstrak, para peneliti melakukan perhitungan aljabar yang kompleks. Upaya -upaya ini mengarah pada model sistem materi kental di mana parapchartikel secara alami muncul.
Kemungkinan aplikasi dalam komunikasi kuantum
Parapchartikel dalam model ini menampilkan statistik tukar eksotis tidak seperti fermion atau boson. Misalnya, ketika dua boson menukar posisi, fungsi gelombang sistem-S tetap tidak berubah. Hal yang sama berlaku untuk fermion kecuali bahwa fungsi gelombang mereka secara keseluruhan mengambil tanda minus. Parapchartikel pada sebaliknya memiliki sifat internal tambahan dengan tingkat kebebasan yang mengambil nilai yang berbeda ketika dua di antaranya ditukar.
Tim juga menganalisis sifat termodinamika parapchartikel yang tidak berinteraksi. Tidak seperti fermion dan boson biasa, parapchartikel menunjukkan statistik eksklusi mode tunggal yang unik, mengisyaratkan termodinamika partikel bebas eksotis.
Perilaku pertukaran parapchartikel yang baru ditemukan ini tidak hanya memperkaya lanskap teoretis fisika partikel tetapi juga memiliki aplikasi dunia nyata yang potensial dalam ilmu material dan informasi kuantum. Salah satu kemungkinan yang sangat menarik adalah penggunaan parastatistik dalam komunikasi yang aman:
-Menggunakan statistik tukar eksotis mereka, dua pihak dengan parapchartikel dapat berkomunikasi dengan menukar posisi mereka tanpa pernah mendekati satu sama lain dan tanpa meninggalkan jejak yang terdeteksi oleh pihak ketiga,- jelaskan para peneliti.
Penemuan kebetulan dalam matematika
Langkah -langkah selanjutnya dalam penelitian ini termasuk mengembangkan kerangka kerja klasifikasi yang lebih luas untuk paraptikel menggunakan alat matematika seperti kategori tensor dan menciptakan model teoritis yang lebih realistis untuk memandu penemuan eksperimental. -Ini akan membantu mengidentifikasi aplikasi praktis untuk parapticles di masa depan,- Wang menambahkan.
Selain itu, para peneliti mencatat bahwa model matematika baru yang dikembangkan untuk studi paraptikel dapat mengarah pada penemuan fase kuantum baru, seperti fase topologi chiral atau celah, yang menantang untuk menyelidiki menggunakan teknik teoritis dan komputasi saat ini.
