Квантовая механика разделяет все наблюдаемые частицы на две основные категории: бозоны и фермионы. В новом исследовании, проведенном американскими и китайскими учеными, с помощью математических инструментов была изучена вероятность существования третьей группы частиц. Результаты этого исследования открывают новые горизонты для применения в квантовых вычислениях и коммуникации.
Бозоны и фермионы обладают различными свойствами, которые проявляются в их поведении в присутствии других частиц.
Бозоны могут находиться в одном квантовом состоянии в неограниченном количестве, тогда как для фермионов это невозможно. В 30-40-х годах прошлого века ученые начали задумываться о существовании иных типов частиц, которые получили название «парачастицы».
В 1953 году была сформулирована квантовая теория таких парачастиц, однако в 70-х годах математические расчеты показали, что парачастицы на самом деле являются бозонами или фермионами. Исключение составляли только анионы — экзотические частицы, существующие только в двух измерениях.
Как отмечает EurekAlert, математические теории 70-х годов были основаны на предположениях, которые не всегда подтверждались в физических системах. Чтобы опровергнуть эти теории, физики Каден Хаззард и Ван Чжиянь из Университета Райса решили воспользоваться решением уравнения Янга — Бакстера, которое описывает взаимообмен частиц, а также другими математическими инструментами. Они доказали, что парачастицы могут теоретически существовать и быть полностью совместимы с хорошо известными физическими ограничениями.
Чтобы найти конкретный пример того, как парачастицы возникают в природе, ученые обратились к возбуждениям в системах конденсированного вещества. С помощью сложных математических инструментов они смогли выполнить абстрактные алгебраические вычисления и разработать модели систем конденсированного вещества, в которых появляются парачастицы.
Исследователи обнаружили, что парачастицы ведут себя необычным образом: изменяя свое положение, они одновременно меняют и свое внутреннее состояние. Эти модели помогают лучше понять многие физические феномены, возникающие в системах парачастиц. Дальнейшее развитие этой теории может привести к разработке экспериментов, которые позволят обнаружить парачастицы в возбуждениях систем конденсированного вещества.