Физики из Университета Райса совершили 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.
«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.
