Uudet hiukkaslöydöt voisivat viedä kvanttimekaniikkaa askeleen pidemmälle

16.01.2025

Brown-uusi_hiukkasluokka-kvanttimekaniikalle-600-t.jpgBrownin yliopiston fyysikot ovat havainneet uuden luokan kvanttihiukkasia, joita kutsutaan fraktioeksitoneiksi. Ne käyttäytyvät odottamattomilla tavoilla ja voivat merkittävästi laajentaa tutkijoiden ymmärrystä kvanttimaailmasta.

"Tuloksemme viittaavat kohti täysin uutta kvanttihiukkasten luokkaa, jotka eivät sisällä kokonaisvarausta, mutta seuraavat ainutlaatuisia kvanttitilastoja", sanoi Brownin fysiikan apulaisprofessori Jia Li. "Jännittävintä on, että tämä löytö avaa joukon uusia aineen kvanttivaiheita, avaa uuden rajan tulevalle tutkimukselle, syventää ymmärrystämme perusfysiikasta ja jopa avaa uusia mahdollisuuksia kvanttilaskentaan."

Kokeessa havaitut fraktioeksitonit eivät ole puhtaasti kumpaankaan eli bosoneita tai fermioneita. Vaikka niillä oli kokeessa odotetut murtovaraukset, niiden käyttäytyminen osoitti sekä bosonien että fermionien taipumuksia, jotka toimivat melkein kuin näiden kahden hybridi.

Tämä teki niistä enemmän anyoneja, fermionien ja bosonien välissä sijaitsevan hiukkastyypin, mutta murtoeksitoneilla oli ainutlaatuisia ominaisuuksia, jotka erottivat ne myös anyoneista.

"Tämä odottamaton käyttäytyminen viittaa siihen, että fraktioeksitonit voisivat edustaa täysin uutta hiukkasluokkaa, jolla on ainutlaatuiset kvanttiominaisuudet", Naiyuan Zhang sanoi.

Uuden hiukkasluokan olemassaolo voisi jonakin päivänä auttaa parantamaan tapaa, jolla informaatiota säilytetään ja manipuloidaan kvanttitasolla, mikä johtaa nopeampiin ja luotettavampiin kvanttitietokoneisiin, ryhmä totesi.

"Tämä tuntuu siltä, että sormemme ovat kvanttimekaniikan nupin päällä", Dima Feldman sanoi. "Se on kvanttimekaniikan osa-alue, jota emme tienneet tai ainakaan emme arvostaneet aiemmin."

Rice Universityn fyysikon Kaden Hazzardin ja jatko-opiskelijan Zhiyuan Wangin uusi tutkimus osoittaa sellaisten hiukkasten mahdollisuuden, jotka eivät ole bosoneja tai fermioneja.

Heidän tutkimuksensa osoittaa matemaattisesti sellaisten parapartikkelien olemassaolon, joita on pitkään pidetty mahdottomina.

Käyttämällä kehittynyttä matematiikkaa sekä tensoriverkkokaavioiden menetelmiä Hazzard ja Wang pystyivät suorittamaan abstrakteja algebrallisia laskelmia kehittääkseen malleja kondensoituneesta aineesta järjestelmistä, joissa parapartikkeleita ilmaantuu.

He osoittivat, että toisin kuin fermionit tai bosonit, parapartikkelit käyttäytyvät oudolla tavalla, kun ne vaihtavat asemaansa prosessin aikana muuntuvien hiukkasten sisäisten tilojen kanssa.

Vaikka ne ovat uraauurtavia sellaisenaan, nämä mallit ovat ensimmäinen askel kohti parempaa ymmärrystä monista uusista fysikaalisista ilmiöistä, joita voi esiintyä parapartikkelien systeemeissä. Tämän teorian jatkokehitys voisi ohjata kokeita, jotka voisivat havaita parapartikkeleita kondensoituneiden aineiden järjestelmien virityksissä.

Uusien alkuainehiukkasten ja materiaalien ominaisuuksien löytämistä voitaisiin hyödyntää kvantti-informaatiossa ja laskennassa, kuten salatun tiedon välittämisessä manipuloimalla hiukkasten sisäisiä tiloja.

Aiheesta aiemmin:

Eksitonit avaavat tietä tehokkaampaan elektroniikkaan

Kvanttimaailma on oudompi kuin luulimme

15.02.2025Kupariset kukat kukkivat keinolehdillä
14.02.2025Kvanttiverkot vakaammiksi yhteyksiä lisäämällä
14.02.2025Lomittumista makrotasolla
13.02.2025Atomien avulla parempia metamateriaaleja
13.02.2025Käänteinen suunnittelu pelin muuttajana fysiikassa
12.02.2025Metamateriaali piin pinnalla vauhdittaa elektroneita
12.02.2025Porttiohjattavilla kaksiulotteisilla TMD:llä spintronisia muisteja
11.02.2025Omavoimainen älyanturi poistaa haavanhoidon kivun
11.02.2025Printattavia monimolekyylisiä biosensoreita
10.02.2025Muisti-innovaatiot tasoittavat tietä EU:n tietotekniikan riippumattomuudelle

Siirry arkistoon »