Vedci možno objavili tretí typ častíc, ktorý prepíše zákony fyziky navždy
Vedci objavili možný nový typ kvantových častíc, takzvnaé parapartikle. Mohli by zmeniť naše chápanie fyziky.
Vo fyzike platí už desaťročia jedno jasné pravidlo, všetky častice v prírode spadajú do dvoch kategórií, fermióny a bozóny. Fermióny (ako elektróny alebo protóny) tvoria hmotu, zatiaľ čo bozóny (napríklad fotóny) prenášajú sily. Ale čo ak existuje aj tretia skupina, ktorá sa vymyká tejto schéme?
Vedci z Rice University a neskôr aj z Max Planckovho inštitútu prišli s prevratnou teóriou. Tvrdia, že môže existovať úplne nový druh častíc, parapartikle. Ak sa im podarí potvrdiť existenciu týchto častíc experimentálne, mohlo by to znamenať prielom v chápaní hmoty a dokonca vznik nových exotických stavov látky. Na novinku upozorňuje portál wired.com.
Čo sú to parapartikle?
Parapartikle nie sú ani klasickými fermiónmi, ani bozonmi. Na rozdiel od fermiónov, ktoré sa nikdy nemôžu nachádzať v rovnakom kvantovom stave, a bozonov, ktoré sa v ňom zasa môžu nachádzať hromadne (ako vo svetelnom lúči), parapartikle sa správajú niekde medzi. Ich kvantové vlastnosti im umožňujú zdieľať stav len v obmedzenom počte, akoby „na pol ceste“ medzi bosónmi a fermiónmi.
Za touto teóriou stojí mladý fyzik Zhiyuan Wang, ktorý pri riešení matematickej úlohy počas pandémie narazil na zvláštny výsledok. Spolu so svojím mentorom Kadenom Hazzardom začali rozvíjať novú teóriu, ktorá bola nedávno publikovaná v prestížnom vedeckom časopise Nature.
Fyzika mimo štandardného rámca
Základom pre existenciu parapartiklov je predpoklad, že častice môžu mať aj takzvané skryté vnútorné stavy, ktoré nie sú priamo merateľné, ale ovplyvňujú ich správanie. Pri výmene dvoch takýchto častíc sa tieto vnútorné stavy zmenia, nie však ako u fermiónov či bozonov, ale podľa úplne iného matematického pravidla.
Neprehliadni
To otvára cestu k novým kvantovým fázam hmoty, ktoré by mohli mať zaujímavé vlastnosti, napríklad v oblasti supravodivosti, spintroniky alebo kvantového výpočtovania.
Prečo doteraz neboli objavené?
Už v 70. rokoch boli publikované matematické dôkazy, ktoré naznačovali, že parapartikle nemôžu existovať. Teda aspoň nie v klasickom trojrozmernom priestore. Tieto dôkazy sa však opierali o prísne predpoklady, ktoré nemusia platiť vo všetkých fyzikálnych modeloch.
Wang a Hazzard vo svojej práci tvrdia, že práve tieto predpoklady (napríklad takzvaná lokalita, že objekty môžu ovplyvňovať len svoje bezprostredné okolie) by mohli byť zbytočne obmedzujúce. Nový model ich vedome obchádza a ukazuje, že parapartikle môžu byť konzistentné s kvantovou teóriou aj bez porušenia základných zákonov.
Blízko k realite
Znie to ako čistá teória, ale výskumníci veria, že existujú konkrétne fyzikálne systémy, v ktorých by sa tieto častice mohli objaviť. Najväčšiu nádej vkladajú do kvantových simulátorov založených na Rydbergových atómoch. Ide o špeciálne excitované atómy, ktoré sú mimoriadne citlivé na vonkajšie elektrické pole, a práve tie sú ideálnym prostredím pre experimenty s novými typmi častíc.
Fyzik Bryce Gadway z Pennsylvánskej štátnej univerzity verí, že experimentálne overenie tejto teórie môže prísť už v najbližších rokoch.
Nový stavebný blok reality?
Ak sa existencia parapartiklov potvrdí, bude to znamenať, že náš vesmír je ešte bohatší a zvláštnejší. Možno pribudne tretia základná trieda častíc, ktorá umožní konštrukciu úplne nových materiálov alebo kvantových technológií.
Zatiaľ však zostávajú parapartikle matematickým experimentom, ktorý čaká na svoju laboratórnu realitu. No ako ukazuje história fyziky, čo dnes znie ako teoretická kuriozita, môže byť zajtra základom pre nové technológie.
Komentáre