Vedci dospeli k objavu, ktorý obracia „bizarnú“ kvantovú fyziku naruby: Veľa toho o časticiach ešte nevieme, hovoria
Výskumníci v novej štúdii predstavujú dôkazy o možnej existencii úplne novej kategórie častíc, ktorá sa považovala predtým za nemožnú.
Už od samotných počiatkov kvantovej fyziky, vedného odboru, ktorý sa zaoberá “malými” vecami, ako atómami a časticami, výskumníci klasifikovali všetky častice do dvoch kategórií, ako bozóny alebo ako fermióny, na základe ich správania. Nová štúdia odhaľuje, že predsa len môže existovať tretia skupina, ktorá sa vyznačuje svojim vlastným správaním, informuje portál Rice University.
Bozóny sú subatomárne častice, ktoré spadajú pod Bose-Einsteinove rozdelenie. Ide o častice s celočíselným spinom (napr. 0, 1, 2), ktoré nie sú viazané Pauliho vylučovacím princípom. Znamená to, že dva bozóny môžu obsadzovať jeden kvant, teda môžu mať identický kvantový stav.
Fermióny sú subatomárne častice, ktoré majú polčíselný spin (napr. ½, 3/2, alebo 5/2). Na rozdiel od bozónov nemôžu dva rovnaké fermióny naberať rovnaký kvantový stav. To je zároveň dôvod, prečo elektróny v atóme obsadzujú rôzne energetické hladiny.
Nový typ častíc
V rámci novej štúdie autori prinášajú dôkazy, ktoré nám naznačujú možnú existenciu častíc, ktoré nie sú ani bozóny, ani fermióny. Výskumníci takéto častice označujú ako paračastice. Zaujímavosťou je, že kvantoví fyzici už dlho teoretizovali o týchto časticiach, no až donedávna sa považovali za nemožné.
Kvantová mechanika roky pracovala s tým, že všetky pozorovateľné častice sú buď bozóny alebo fermióny a ako sme už spomenuli na začiatku, rozdiel medzi nimi je hlavne v tom, ako sa správajú v blízkosti iných častíc v určitom kvantovom stave. Práve na základe týchto popísaných vlastností existujú všetky prvky v periodickej sústave prvkov.
Neprehliadni
“Tieto dlho zaužívané pravidlá sú zároveň dôvodom, prečo človek jednoducho neprepadne cez stoličku, keď si na ňu sadne,” vyjadril sa Kaden Hazzard, jeden z autorov štúdie.
Od začiatku 30. rokov sa kvantoví výskumníci pokúšali pochopiť, či môžu existovať aj iné typy častíc okrem bozónov a fermiónov. V tomto období vznikla hypotéza o paračasticiach, no do 70. rokov sa vedecká komunita zhodla na tom, že paračastice sú v skutočnosti buď bozóny alebo fermióny v prestrojení. Výnimkou boli takzvané anyóny, exotický typ častíc, ktoré existovali len v dvoch dimenziách.
Postupne sa však paračastice začali považovať za nemožné. Autori novej štúdie sa ale rozhodli dokázať, že paračastice môžu teoreticky existovať a že ide o model, ktorý je plne kompatibilný s našim chápaním fyziky. Ich výskum sa zaoberal na takzvané excitácie, ktoré môžeme opísať ako častice v kondenzovaných systémoch, napríklad magnetoch. Cez ne dokážeme vysvetliť ako paračastice môžu vznikať v prírode.
“Častice nie sú len základné fyzikálne veci, no zároveň sú aj dôležité pri opisovaní rôznych materiálov. Ide o multidisciplinárny výskum, ktorý zasahuje do niekoľkých oblastí teoretickej fyziky a matematiky,” vyjadril sa Zhiyuan Wang, spoluautor výskumu.
Čo znamená objav pre kvantovú fyziku?
V rámci štúdie vedci vytvorili s pomocou niekoľkých pokročilých matematických modelov sériu abstraktných kalkulácií. S ich pomocou vyvinuli modely kondenzovaných systémov hmoty, v ktorých vznikajú paračastice.
Autori štúdie vysvetľujú, že na rozdiel od bozónov a fermiónov, paračastice vykazujú zvláštne správanie, keď vymieňajú svoje pozície. Počas tohto procesu sa interné stavy paračastíc môžu meniť.
Ide o prelomový objav, no tieto modely sú len prvým krokom k “novej fyzike”, ktorá by nám dokázala pomôcť presnejšie opísať rôzne fyzikálne fenomény. Inými slovami povedané, teória autorov štúdie je len vo svojich počiatkoch a vyžadujú sa ďalšie experimenty na to, aby výskumníci teóriu lepšie definovali a spravili ju realistickejšou.
Objavenie nového typu častice by ale mohlo odbor kvantovej mechaniky úplne postaviť na hlavu. Autori štúdie veria, že nové paračastice by mohli pomôcť v odbore kvantovej výpočtovej technológie, ktorá má potenciál priniesť oveľa výkonnejšie počítače a možno aj mobilné zariadenia.
Komentáre