RW Space

Ограничение странного класса частиц, известных как анионы, одним измерением может заставить их принять одну из двух новых форм, предполагают модели, намекая на новые фундаментальные взаимодействия в физике элементарных частиц.

В трехмерном пространстве частицы делятся на две группы. Есть фермионы, которые обычно описывают частицы, которые не перекрываются друг с другом, такие как электроны и кварки, и есть бозоны, которые описывают частицы, несущие силу, которые могут легко проходить друг через друга.

«Каждая частица в нашей Вселенной, кажется, строго делится на две категории: бозонная и фермионная», — говорит физик Томас Буш из Окинавского института науки и технологий (OIST) в Японии. «Почему нет других?»

Полвека назад физики-теоретики пришли к выводу, что статистика, лежащая в основе этих правил, не так проста, когда измерение удалено. Результатом является «анион» — третья группа, которая не является ни бозоном, ни фермионом, которая появляется в плоской двумерной среде.

С тех пор экспериментальные доказательства существования аниона выросли, а лабораторные исследования нашли новые способы ограничить частицы, такие как электроны, чтобы заставить эту третью группу существовать.

Теперь физики из OIST и Университета Оклахомы в США изучили их в одном измерении, открыв совершенно новый уровень сложности в поведение аниона.

«Мы определили не только возможность существования одномерных анионов, — говорит Буш, — но мы также показали, как можно отобразить статистику их обмена и, что интересно, как их природу можно наблюдать через распределение их импульса».

Частицы не могут вращаться вокруг друг друга, когда они застряли в одномерном пространстве, что вынуждает их взаимодействовать. Поскольку взаимодействие частиц является ключевой частью их классификации, одномерные пространства дают ученым возможность анализировать характеристики частиц.

Одно из ключевых различий между бозонами и фермионами заключается в том, насколько они «социальны». Проще говоря, бозоны имеют тенденцию группироваться, а фермионы — нет. В жестких рамках одного измерения эта «общительность» становится еще более важной.

Что касается анионов, рассуждали исследователи, эти вынужденные взаимодействия позволяют разделить их на анионы бозонного и фермионного типа.

Они также определили фактор анионных взаимодействий, который определяет, насколько бозонной или фермионной является данная частица. Более того, команда показала, как измерение распределения импульсов частиц может служить эффективным способом определения их «отпечатков пальцев».

«Так же, как бозоны и фермионы, бозонные анионы и фермионные анионы имеют разную статистику обмена частицами», — пишут исследователи в одной из своих опубликованных статей.

На этапе открытия выводы носят теоретический характер и ждут подтверждения посредством экспериментов. Однако даже в теоретической форме эти открытия меняют наше фундаментальное представление о частицах и их взаимодействиях.

По теме: Частицы-призраки, взаимодействующие с темной материей, могут раскрыть огромную космическую загадку

«Экспериментальные установки, необходимые для осуществления этих наблюдений, уже существуют», — говорит Буш. «Мы очень рады видеть, какие будущие открытия будут сделаны в этой области и что они могут рассказать нам о фундаментальной физике нашей Вселенной».

Нарастает импульс исследований, выходящих за рамки бинарной идеи бозонов и фермионов, более известной как парастатистика. Хотя не все согласны с тем, что еще предстоит найти гораздо больше, некоторые лежащие в основе математические расчеты предполагают, что мы, возможно, еще не имеем полной физической картины.

Исследование было опубликовано в Physical Review A, здесь и здесь.