Това откритие отваря пътя към експерименти със съществуваща апаратура в свръхстудени атомни системи

Физици откриха квантови частици, които нарушават досегашните закони на реалността, според които природата е изградена единствено от две категории материя, предава "Калдата".

Традиционно учените разделят всички елементарни частици в нашия триизмерен свят на бозони - преносители на взаимодействия като фотоните, и фермиони - градивните елементи на обикновената материя като електроните, протоните и неутроните. Това фундаментално деление обаче започва да се разпада в системи с по-ниска размерност, където съществува трети тип частици, наречени аниони.

След като през 2020 г. тези необичайни частици бяха наблюдавани в двуизмерни системи, сега учени от Университета на Окинава (OIST) и Университета на Оклахома развиха идеята в едномерното пространство. В две статии за списание Physical Review A те описаха система, способна да поддържа аниони, и изследваха тяхното поведение.

Относно значението на откритието учените споделят: "Изглежда, че всяка частица в нашата вселена попада строго в една от двете категории: бозонна или фермионна. Защо няма други? С тези работи ние отворихме вратата към по-добро разбиране на фундаменталните свойства на квантовия свят и е много интересно да видим къде ще ни отведат теоретичната и експерименталната физика".

Разликата между познатите ни частици произтича от принципа на неразличимост в квантовата физика. Когато две еднакви частици разменят местата си в триизмерното пространство, резултатът е винаги един и същ - или системата не се променя (бозони), или променя знака си (фермиони).

Физиците обясняват математическата логика зад това ограничение така: "Тъй като този обмен е еквивалентен на бездействие, математическата статистика, която управлява събитието известна като обменен фактор трябва да се подчинява на едно просто правило: квадратът на обменния фактор трябва да е равен на 1. Единствените две числа, които отговарят на това правило, са +1 и -1. Ето защо всички частици трябва да бъдат съответно бозони (фактор 1) или фермиони (фактор -1)".

В светове с по-ниска размерност обаче природата допуска и други възможности. Тъй като частиците имат по-малко възможни пътища за движение, техните траектории се преплитат в пространството и времето по начин, който не позволява те просто да бъдат "разплетени", както в 3D пространството. Това води до състояния, които вече не са еквивалентни на първоначалните.

Изследванията доказват, че в едномерни системи разделението на бозони и фермиони остава нарушено и, което е по-революционно, обменният фактор може да бъде настройван директно чрез силата на краткодействащите взаимодействия между частиците.

Това откритие отваря пътя към експерименти със съществуваща апаратура в свръхстудени атомни системи.

В заключение авторите на изследването посочват: "Ние не само разкрихме възможността за съществуване на едномерни аниони, но и показахме как може да се изобрази тяхната статистика на обмена и, което е по-интересно, как да наблюдаваме тяхната природа чрез разпределението на импулсите. Необходимите експериментални апаратури за тези наблюдения вече съществуват. Радваме се да видим какви бъдещи открития ще бъдат направени в тази област и какво ще ни разкрият те за фундаменталната физика на нашата вселена."