Прорыв в квантовой физике: обнаружены частицы с необычным поведением

07.02.2025 08:42:00 | iXBT.com

Физики из Университета Брауна совершили прорыв в области квантовой физики, обнаружив новый тип квантовых частиц, названных дробными экситонами. Это открытие может значительно расширить понимание квантового мира и привести к развитию новых технологий.

Дробные экситоны обладают уникальными свойствами, которые не вписываются в традиционную классификацию элементарных частиц. Обычно частицы делятся на два типа: бозоны, которые могут находиться в одном квантовом состоянии, и фермионы, подчиняющиеся принципу запрета Паули, согласно которому два фермиона не могут находиться в одном квантовом состоянии. Однако дробные экситоны проявляют черты обоих типов частиц, что делает их похожими на анионы – частицы, находящиеся между фермионами и бозонами, но с уникальными свойствами.

Иллюстрация: Demin Liu

Для обнаружения новых частиц учёные использовали эффект дробного квантового эффекта Холла. Этот эффект основан на классическом эффекте Холла, при котором магнитное поле, приложенное к материалу с электрическим током, создаёт поперечное напряжение. В квантовом варианте, который происходит при очень низких температурах и сильных магнитных полях, это напряжение увеличивается чёткими шагами. В случае дробного квантового эффекта Холла эти шаги увеличиваются на дробные величины, неся дробную часть заряда электрона.

Исследователи использовали два тонких слоя графена, разделённых изолирующим слоем гексагонального нитрида бора, чтобы контролировать электрические заряды и создавать экситоны – частицы, образованные комбинацией электрона и отсутствующего электрона (дырки). Подвергая эту установку воздействию чрезвычайно сильных магнитных полей, они наблюдали новые дробные экситоны, которые вели себя неожиданным образом.

Наюань Чжан, соавтор исследования, отметил, что это неожиданное поведение позволяет предположить, что дробные экситоны могут представлять собой новый класс частиц с уникальными квантовыми свойствами. Это открытие может улучшить способы хранения и использования информации на квантовом уровне, что приведёт к созданию более совершенных квантовых компьютеров.

Цзя Ли, другой участник исследования, подчеркнул, что это открытие открывает новые пути для изучения и использования данного явления. Теперь команда планирует изучить, как эти дробные экситоны взаимодействуют между собой и можно ли контролировать их поведение.

Дима Фельдман (Dima Feldman), также участвовавший в исследовании, добавил, что это открытие даёт новое понимание квантовой механики. Оно не только расширяет знания о фундаментальных свойствах материи, но и открывает новые возможности для практического применения квантовых явлений.

Открытие дробных экситонов может стать ключом к разработке новых квантовых технологий, которые могут революционизировать области от вычислений до связи и медицины.

Подробнее