Физики подтвердили, что квантовый мир еще страннее, чем казался

8 сентября14 тыс. дочитываний1,5 мин.23 тыс. просмотров. Уникальные посетители страницы.14 тыс. дочитываний, 60%. Пользователи, дочитавшие до конца.1,5 мин. Среднее время дочитывания публикации.

Новые экспериментальные доказательства необычного поведения и без того странных частиц энионов нашли ученые из США. Они обладают характеристиками, которых нет у других субатомных частиц, в частности, дробным зарядом и дробной статистикой, а также сохраняют «память» о взаимодействиях с другими квазичастицами, включая квантово-механические фазовые переходы.

Своим названием эти частицы обязаны физику-теоретику Фрэнку Вильчеку, а также собственному странному поведению, поскольку, в отличие от прочих типов частиц, энионы могут приспособиться к любой (англ. any) квантовой фазе, когда их позиции меняются.

До появления доказательств существования энионов в 2020 году физики разбивали частицы на две категории: бозоны и фермионы. Электроны – пример фермионов, а фотоны – бозонов. Одно характерное отличие фермионов от бозонов – то, как частицы ведут себя, когда сплетаются друг вокруг друга. Энионы же действуют так, будто у них есть дробный заряд. Еще любопытнее, что они создают нетривиальный фазовый переход, когда сплетаются друг вокруг друга. Из-за этого у энионов может возникнуть нечто вроде памяти взаимодействий, пишет Phys.org.

«Энионы существуют только как коллективное возбуждение электронов в особых обстоятельствах, — сказал профессор Майкл Манфра, один членов исследовательской группы. – Но у них есть эти несомненно классные свойства, например, дробный заряд и дробная статистика. Это забавно, потому что, казалось бы, как у них может быть заряд меньше, чем элементарный заряд электрона? Но так и есть». Когда бозоны или фермионы возбуждены, они генерируют фазовый фактор либо плюс один, либо минус один, соответственно.

Есть у энионов еще одно топологическое свойство – их свойства более стабильные, чем у других квантовых частиц. Команда физиков из Университета Пердью смогла продемонстрировать это поведение, направив электроны через наноструктуры интерферометра, напоминающие лабиринт. Они охладили устройство до 10 милликельвинов и воздействовали на него мощным магнитным полем силой 9 Тл. Электрическое сопротивление в интерферометре сгенерировало интерференционную картину, в которой ученые обнаружили присутствие энионов.

«Это определенно одна из самых сложных и комплексных вещей в экспериментальной физике», — сказал Четан Найак, физик-теоретик из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре.

Следующим шагом исследователей станет применение еще более сложных интерферометров, с помощью которых они смогут контролировать местоположение и число квазичастиц внутри интерферометра, а также менять по желанию картину интерференции.

Недавно ученые из проекта NA62 ЦЕРН получили первые значимые свидетельства ультраредкого распада заряженного каона. Точное измерение процессов, предсказанных в теории, открывает дорогу для поиска свидетельств существования новой физики частиц.