从以光速传播的光子,到不错拖拉穿过地球的中微子,再到构成原子的夸克和电子成濑心美作品,通盘的基本粒子都不错阐发其行径被诀别为两类——费米子和玻色子。
可是,在一篇刚发表在《当然》杂志的一项辩论中,两位物理学家从数学上解释了一种历久被以为不行能存在的新粒子——仲粒子(paraparticles),可能是真确存在的。这一辩论还表现,尚未被发现的基本粒子可能就荫藏在当然界中。
粒子的分类
在量子宇宙中,除了二维系统中的狂妄子以外,时时以为通盘可不雅测粒子都不错被归类为费米子和玻色子。两者的区别体现时量子态中的行径:玻色子(如光子)粗略在相易的量子态中无尽集合,而费米子(如电子、质子、中子)则解任泡利不相容旨趣——在磨灭个量子态中只可存在一个费米子。
换句话说,玻色子就好比是粒子宇宙中的“群居粒子”,它们热衷于集合在全部,分享相易的量子态;而费米子就像是“酬酢懦弱症”重症患者——两个费米子永久不会占据相易的量子态。
从数学角度看,当两个费米子交换位置时,描述它们量子态的波函数会发生标识转变(乘以 −1);而当两个玻色子交换位置时,波函数则保抓不变。早在20世纪三四十年代,表面物理学家就运行研究是否存在其他类型的粒子,其波函数在交换位置时可能会以更复杂的格式变化。
1953年,仲粒子的见识初次被建议,并在高能物理界限引发了野蛮辩论。可是,到20世纪70年代,数学辩论似乎标明,仲粒子本色上不外是玻色子或费米子的某种伪装,惟一的例外是二维空间中的狂妄子。可是,这些数学辩论的假定并不老是适用于本色物理系统。
仲粒子的显露 成濑心美作品
在最新辩论中,辩论团队行使杨-巴克斯特方程(描述粒子交换的数学方程)的一个解,以及群论等数学器具,从数学的角度解释了仲粒子在表面上是不错存在的,况兼它们皆备适当现存的物理学敛迹。
接着,辩论东说念主员通过李代数、霍普夫代数和表现论等高档数学器具,以及基于张量网罗图的图形标准,在一维和二维空间中构建了一组精准可解的量子自旋模子。在这些模子中,仲粒子粗略以准粒子引发的体式显露,况兼它们在交换位置时,不错被本色的不雅测到,且与之相关的“交换统计”与费米子和玻色子光显不同。
终末,辩论东说念主员还研究了仲粒子的潜在影响,包括在当然界中不雅测它们的路线。举例,他们以凝华态物资系统(如磁铁)的引发态为例,提供了一个剖析仲粒子的可能存在的具体例子。
往日探索
这些模子不仅具有始创性,还为探索仲粒子系统中的新物理表象奠定了基础。此外,辩论东说念主员指出,新粒子与材料特色的发现,不错在量子信息和缱绻界限带来坚苦应用。举例,通过操控粒子的里面情状,不错完毕愈加安全的信息传递。
尽管这些应用尚处于臆度阶段,但这项辩论标志着仲统计学在凝华态系统辩论中的早期探索,往日辩论将费力于发展更完善的表面和试验本事,以揭示仲粒子在凝华态系统过火他材料中的潜在存在。
辩论东说念主员表现,尽管现时尚不领路这一发现最终将带咱们走向何方,但信服往日的探索将充满惊喜与启示。
#参考起首:
https://news.rice.edu/news/2025/mathematical-methods-point-possibility-particles-long-thought-impossible
https://www.nature.com/articles/d41586-025-00030-5
#图片起首:
美国十次封面图&首图:news.rice.edu