Fizikai kísérletek igazolták, hogy léteznek az anyonok, egy harmadik típusú részecske az univerzumban

Több évtizedes kutatás után a természet legkisebb birodalmában a fizikusok végül bizonyítékot találtak arra, hogy léteznek az anyonok. A teo...

Több évtizedes kutatás után a természet legkisebb birodalmában a fizikusok végül bizonyítékot találtak arra, hogy léteznek az anyonok.

A teoretikusok először az 1980-as évek elején jósolták meg, hogy ezek a részecskeszerű objektumok csak két dimenzióra korlátozott területeken keletkeznek, majd bizonyos körülmények között, például abszolút nulla közeli hőmérsékleten és erős mágneses tér jelenlétében léteznek.

A fizikusok nem csak azért izgatottak, mert felfedezésük több évtizedes elméleti munkát igazol, hanem gyakorlati okokból is. (1) Például az anyonok állnak a Microsoft azon erőfeszítésének középpontjában, hogy egy működő kvantumszámítógépet hozzanak létre.

Ez az év két szilárd bizonyítékot hozott a kvázirészecskékről. Az első áprilisban érkezett, a Science címlapján bemutatott cikkben, a párizsi École Normale Supérieure kutatócsoportjától. A négy évvel ezelőtt javasolt megközelítést alkalmazva a fizikusok egy pici, apró részecskeütközőn keresztül elektrongázt küldtek, hogy furcsa viselkedést - főleg frakcionált elektromos töltéseket - idézzenek elő, ami csak akkor fordul elő, ha anyonok vannak jelen.

A második megerősítés júliusban történt, amikor az indianai Purdue Egyetem egy csoportja egy chipen kísérleti beállítást használt, amely kiszűrte azokat a kölcsönhatásokat, amelyek elhomályosíthatják az anyon viselkedését.

Frank Wilczek, az MIT fizikusa, aki a nyolcvanas évek elején megjósolta és megnevezte az anyonokat, az első felfedezőjének számít.

Az anyon nem olyan, mint a közönséges elemi részecskék; a tudósok soha nem lesznek képesek elkülöníteni egyet attól a rendszertől, ahol kialakul. Kvázirészecskék, ami azt jelenti, hogy mérhető tulajdonságaik vannak, mint egy részecskének - például helyük, esetleg tömegük is -, de csak más, hagyományos részecskék kollektív viselkedésének eredményeként figyelhetők meg.

Az ismert univerzum csak kétféle elemi részecskét tartalmaz. Az egyik a fermionok családja, amely magában foglalja az elektronokat, valamint a protonokat, a neutronokat és az őket alkotó kvarkokat. A fermionok közül egyik sem létezhet egyszerre ugyanabban a kvantum állapotban. Ha ezek a részecskék nem rendelkeznek ezzel a tulajdonsággal, akkor minden anyag egyszerűen egyetlen ponttá omolhat össze. A fermionok miatt létezik szilárd anyag.

Az univerzum többi részecskéje bozon, egy olyan csoport, amely olyan részecskéket tartalmaz, mint a fotonok (a fény és a sugárzás hírnökei) és a gluonok (amelyek a kvarkokat "ragasztják össze"). A fermionokkal ellentétben két vagy több bozon létezhet ugyanabban az állapotban és egyidejűleg.

Hajlamosak összetapadni, és ennek az összetapadásnak köszönhető, hogy vannak lézereink, amelyek fotonok folyamai, melyek mind ugyanazt a kvantumállapotot foglalják el.

Az anyonok azonban nem illenek egyik csoportba sem. A fizikusok számára különösen izgalmassá teszi az anyonokat, hogy a részecske memóriához hasonló tulajdonságot mutatnak. Ha egy fermion egy másik fermion körül kering, kvantumállapota változatlan marad. Ugyanez vonatkozik egy bozonra is.

Az anyonok különböznek. Ha az egyik a másik körül mozog, a kollektív kvantum állapotuk elmozdul. Előfordulhat, hogy három vagy akár öt vagy több fordulat szükséges, mielőtt az anyonok visszatérnek eredeti állapotukba. A hullámnak ez az enyhe elmozdulása az utazás egyfajta emlékeként működik.

Ez a tulajdonság teszi őket vonzóvá a kvantumszámítógépek tervezői számára, amelyek közismerten törékeny és tévedésre hajlamos kvantumállapotoktól függenek. Az anyonok egy robusztusabb módszert kínálnak az adatok tárolására.

Wilczek rámutat, hogy az anyonok egy egész "birodalmat" képviselnek, amely sokféle egzotikus viselkedésű fajtát tartalmaz, amelyek a jövőben felfedezhetők és kiaknázhatók. Körülbelül 40 évvel ezelőtt kezdett rájuk gondolni, amikor elkeseredett az olyan bizonyítékok miatt, amelyek szerint csak kétféle részecske létét igazolták.

Ő valami mást képzelt el, és amikor rákérdeztek a többi tulajdonságára, vagy arra, hogy hol találhatók meg ezek a furcsa közbenső részecskék, félig tréfásan azt mondta, hogy "anything goes," - innen kapta a nevét.

Most azt mondja, hogy az új tanulmányok csak a kezdetet jelentik. Előretekintve az anyonokat olyan eszköznek tekinti az anyag egzotikus állapotainak megtalálásához, amelyek egyelőre csak vad ötletek a fizikusok elméleteiben. (2)

(1) - https://science.sciencemag.org/content/368/64
(2) - https://www.sciencenews.org/article/collisions