W końcu „niemożliwe” cząstki mogą w rzeczywistości istnieć

Wszystkie podstawowe cząstki we wszechświecie dzielą się na jedną z dwóch grup zwanych: fermionami i bozonami. Jednak nowe badanie wykazało, że mogą istnieć inne cząstki, które wcześniej uważano za „niemożliwe”.

Grupa cząstek elementarnych – od dawna teoretyzowana, ale uważana za fizycznie niemożliwą – może jednak istnieć.

Jak paracząstki nie są nowym pomysłem. Jednak fizycy zawsze odrzucali je jako niemające związku z rzeczywistością fizyczną.

Koncepcja ma swoje pochodzenie w podziale na znane cząstki podstawowe, które zawsze zalicza się do jednej z dwóch grup: pierwszej fermion lub bozon.

Jak wyjaśnia , różnica polega na tym, co dzieje się, gdy dwie cząstki z tej samej grupy zamieniają się miejscami – wymiana bozonów nie zmienia ich funkcji fal kwantowych, co jest pełnym matematycznym opisem ich właściwości. Jednak wymiana dwóch fermionów, takich jak elektrony, powoduje, że ich funkcja falowa jest ujemna.

Ta pozornie prosta różnica ma głębokie konsekwencje fizyczne, co oznacza, że ​​nieskończona liczba bozonów może zajmować tę samą przestrzeń – na tej zasadzie działają lasery, w których może gromadzić się wiele fotonów i wytwarzają niezwykle wysokie gęstości energii.

Natomiast fermiony muszą zawsze pozostać oddzielone w przestrzeni, co zapewnia stabilność gwiazd neutronowych.

W latach pięćdziesiątych brytyjski fizyk Herberta Greena przedstawili bardziej skomplikowany model wymiany cząstek, tzw parastatystykaw którym funkcję fali kwantowej można zmienić w inny sposób niż tylko stając się ujemną.

Green pokazał, że fakt ten implikuje możliwość istnienia wielu nowych klas cząstek, które nazwał parabosy mi parafermiony.

Pozwoliłoby to na istnienie tylko określonej liczby cząstek w tym samym stanie, a nie tylko jednej lub nieskończenie wielu.

Jednak fizycy, którzy bliżej zbadali tę koncepcję, odkryli, że te paracząstki nie będą funkcjonować w żaden wykrywalny sposób inaczej niż fermiony i bozony, co sprawia, że ​​teoria wydaje się nieistotna. Myśleli… źle.

„Prywatny” obrót wydarzeń

Badanie przeprowadzone w tę środę w Naturaprzeprowadzone przez badaczy Zhiyuan Wang i Kaden Hazzardodkrył to z Rice University w Teksasie przecież paracząstki mogą być fizycznie wykrywalne.

„Nasza praca dowodzi po raz pierwszy, że faktycznie istnieje coś poza fermionami i bozonami” – pochwalił Wang, cytowany przez New Scientist.

Jak podaje ten sam magazyn, duet zaczął od przedstawienia nowego matematycznego opisu paracząstek, który zawierał bardziej rygorystyczne zasady niż poprzednie definicje, takie jak gwarancja, że ​​informacja nie może przemieszczać się szybciej niż światło. Następnie pokazał, że istnieją specyficzne układy kwantowe, w których te paracząstki powinny pojawiać się w postaci wibracji i być fizycznie wykrywalne.

Obserwowanie tych cząstek wymagałoby postępu w naszej zdolności kontrolowania stanów kwantowych, do czego prawdopodobnie potrzeba jeszcze wielu lat.

Ograniczeniem nowej pracy jest to, że jak dotąd para wykazała jedynie, że paracząstki mogą istnieć w jednym lub dwóch wymiarach, chociaż nic nie wyklucza ich istnienia w trzech.

Innym problemem jest to, że paracząstki proponowane przez Wanga i Hazzarda są technicznie kwazicząstki które, jak sama nazwa wskazuje, nie są cząstkami podstawowymi, takimi jak elektrony czy fotony, ale raczej wibracje zbiorowe które zachowują się tak, jakby były cząstką.

Wang i Hazzard spekulują również, że paracząstki mogą istnieć jako cząstki podstawowe ponieważ matematyka nie wyklucza takiej możliwości, ale nie ma konkretnych dowodów, które wskazywałyby, gdzie i jak mogą się pojawić.

Naukowcy mają jednak nadzieję, że pewnego dnia uda się nawet wykryć paracząstki i że odkrycie to będzie miało praktyczne zastosowania.