Учёные доказали существование нового типа частиц, не вписывающихся в квантовую механику

09.01.2025 22:22:00 | iXBT.com

Физики из Университета Райса математически доказали возможность существования частиц, которые не являются ни бозонами, ни фермионами. Исследование, опубликованное в журнале Nature, проведено профессором физики и астрономии Кейденом Хаззардом совместно с бывшим аспирантом Чжиюанем Ваном.

«Мы определили, что возможны новые типы частиц, о которых мы раньше не знали», — заявил Хаззард, доцент кафедры физики и астрономии.

Традиционно квантовая механика утверждала, что все наблюдаемые частицы делятся на фермионы и бозоны, различающиеся поведением при взаимодействии с другими частицами в определённом квантовом состоянии. Бозоны могут существовать в неограниченном количестве, тогда как фермионы подчиняются принципу запрета Паули, допускающему существование только одного фермиона в данном состоянии.

Двумерная спиновая модель на решётке 7 × 7 с открытыми граничными условиями. Источник: Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-024-08262-7

«Это поведение ответственно за всю структуру периодической таблицы. Именно поэтому вы не проваливаетесь сквозь стул, когда садитесь», — объясняет Хаззард.

В 1950-х годах была сформулирована квантовая теория парачастиц, однако к 1970-м годам математические исследования, казалось, доказали, что парачастицы — это просто «замаскированные» бозоны или фермионы. Единственным исключением считались анионы — экзотические частицы, существующие только в двух измерениях.

Используя решение уравнения Янга-Бакстера и другие математические инструменты, Хаззард и Ван доказали теоретическую возможность существования парачастиц. Исследователи сосредоточились на возбуждениях в конденсированных системах, таких как магниты, чтобы продемонстрировать, как парачастицы могут возникать в природе.

Учёные показали, что, в отличие от фермионов или бозонов, парачастицы ведут себя необычным образом при обмене позициями, при этом их внутренние состояния трансмутируют в процессе обмена.

Открытие может найти применение в квантовой информатике и вычислениях, например, для защищённой передачи информации путём манипуляции внутренними состояниями частиц. Однако практическое применение находится на начальной стадии и остаётся преимущественно в области теоретических предположений.

«Я не знаю, куда это приведёт, но уверен, что будет захватывающе это выяснить», — заключил Хаззард.

Подробнее