دیدگاهی ریاضیاتی میگوید شاید گونه سوم ذرات وجود داشته باشد
مکانیک کوانتومی دیرزمانی است که ذرات را تنها به دو گونه جدا دسته‌بندی کرده است: فرمیون‌ها و بوزون‌ها.
اکنون فیزیکدانان دانشگاه رایس در ایالات متحده میگویند که گونه سومی هم ممکن است دست کم از دیدگاه ریاضی امکان‌پذیر باشد. آنها که به عنوان پیراذره(یا پاراذره) شناخته می‌شوند، رفتارشان می‌تواند نشان از وجود ذراتی بنیادی باشد که هیچ‌کس تا کنون به آن توجه نکرده است.
کادن هازارد، که به همراه ژیوان وانگ نظریه‌ای را برای نشان دادن چگونگی وجود چیزهایی که نه فرمیون باشند و نه بوزون، ولی در دنیای فیزیکی بدون شکستن قوانینی وجود داشته باشند، فرموله کردند، می گوید: «ما نشان دادیم که وجود گونه‌های جدیدی از ذراتی که در گذشته هرگز مانند آنها را نمی شناختیم، بر اساس قوانین فیزیک، امکان پذیر است.(روی کاغذ)»
فرمیون‌ها دسته‌ای از ذرات بنیادی هستند که اتم ها را می سازند، مانند الکترون ها و کوارک ها. به عبارت دقیق‌تر، آنها دارای ویژگی‌هایی هستند که از اشغال حالت‌های کوانتومی یکسان جلوگیری می‌کند و به طور ویژه تضمین می‌کند هیچ دو فرمیون مشابهی، نمی‌توانند حالت کوانتومی یکسانی داشته باشند(مثلا به‌طور هم‌زمان در یک مکان باشند).
هازارد می گوید: «این رفتار مسئول کل ساختار جدول تناوبی است. همچنین به همین دلیل است که وقتی روی صندلی می‌نشینید در صندلی فرو نمیروید یا از دیوار رد نمیشوید»
اما بوزون ها با معیار متفاوتی نسبت به این ویژگی تعریف می شوند که به آنها اجازه می دهد مثل یک شبح از چیزها عبور کنند.
بوزون‌ها که معمولاً به‌عنوان حامل‌های نیرو مانند فوتون‌ها و گلوئون‌ها عمل میکنند، واسطه‌ی برهم‌کنش‌ها به روش‌هایی هستند که فرمیون‌ها را به همه چیز، از پروتون‌ها گرفته تا خارپشت‌ها، سیب‌زمینی‌ها و سیارات، منسجم میکنند یا میکِشند.
یک استثنا قابل توجه برای این قاعده سخت جداسازی حالت کوانتومی وجود دارد. برخی از مواد که فقط به دو بعد محدود می‌شوند، می‌توانند رفتاری ذره‌مانند ایجاد کنند که قوانین آماری مورد انتظار فرمیون‌ها و بوزون‌ها را زیر پا می‌گذارد و به طور موثر امکان مبادله منحصر به فرد حالات کوانتومی را فراهم می‌کند.
این حفره‌های فنی، این استثناعات، به عنوان anyons شناخته می‌شوند، نمی‌توانند در فضای سه‌بعدی کیهان ما گسترش یابند و بنابراین بعید به نظر می‌رسد که توسط ذرات بنیادی شناخته شده نشان و توضیح داده شوند. در فیزیک، آنیون نوعی شبه ذره است که تاکنون فقط در سیستم‌های دو بعدی مشاهده شده است. در سیستم های سه بعدی، تنها دو نوع ذرات بنیادی دیده می شود: فرمیون ها و بوزون ها. Anyon ها دارای ویژگی های آماری درست در بین فرمیون‌ها و بوزون‌ها هستند. به طور کلی، عملیات مبادله دو ذره یکسان، اگرچه ممکن است باعث تغییر فاز جهانی شود، نمی تواند بر روی قابل مشاهده ها تأثیر بگذارد. Anyon ها به طور کلی به عنوان abelian یا non abelian طبقه بندی می شوند. آنیون های آبلی، که توسط دو آزمایش در سال ۲۰۲۰ شناسایی شدند، نقش مهمی در اثر کسری کوانتومی هال دارند.
با این حال، این هرگز فیزیکدانان نظری را از دستکاری توصیف‌های کوانتومی ذرات فرضی برای دیدن آنچه که در حوزه‌ای به نام parastatistics فعالیت میکنند، بازنداشته است. اگرچه این یک عمل بیانی صرفاً ریاضی است، انجام این کار می تواند حقایق عمیق تری را در مورد اینکه آیا فرمیون ها و بوزون ها واقعاً همه چیز هستند یا نه، و اگر چنین است یا نیست، چرا چنین است یا نه، را آشکار کند.
از زمان آغاز به کار خود در اوایل تا اواسط قرن بیستم، parastatistic ها نتوانسته اند چیزی را پیدا کنند که در جعبه فرمیون یا بوزون قرار نگیرد. در واقع، همانطور که نظریه های کوانتومی در طول زمان توسعه یافتند، به طور فزاینده ای روشن شد که هر نظریه ای که از طریق parastatistics ایجاد شود، در جهانی که فقط از فرمیون ها و بوزون ها تشکیل شده است، قابل تشخیص نیست.
وانگ و هازارد فکر می کنند که دلیلی برای مخالفت با این پیدا کرده اند. با معرفی مرحله دوم کوانتیزاسیون متمایز از روش‌های قبلی، آنها نشان داده‌اند که رفتارهای گروهی در مواد می‌تواند باعث ایجاد ذراتی شود که تا حدودی شبیه به هر یونی عمل میکنند، حتی زمانی که در یک جهان سه‌بعدی کمابیش یکسان با جهان ما می‌چرخند.
این مفهوم مشخصا از ترسیم مسیری به یک کلاس کاملاً جدید از ذرات فاصله دارد و صرفاً نشان می دهد که ممکن است هنوز نخواهیم موضوع را در مورد امکان و عدم امکانش(امکان و عدم امکان چیزی به جز بوزون و فرمیون)، ببندیم و بیشتر پژوهش کنیم.
وانگ میگوید: برای آزمایش کردن در زمینه پیراذرات ، به پیشنهادهای نظری بهتری نیاز داریم.
سام آریامنش
👁🗨 @ofoghroydadd
🔗 Nature 🥉
.
مکانیک کوانتومی دیرزمانی است که ذرات را تنها به دو گونه جدا دسته‌بندی کرده است: فرمیون‌ها و بوزون‌ها.
اکنون فیزیکدانان دانشگاه رایس در ایالات متحده میگویند که گونه سومی هم ممکن است دست کم از دیدگاه ریاضی امکان‌پذیر باشد. آنها که به عنوان پیراذره(یا پاراذره) شناخته می‌شوند، رفتارشان می‌تواند نشان از وجود ذراتی بنیادی باشد که هیچ‌کس تا کنون به آن توجه نکرده است.
کادن هازارد، که به همراه ژیوان وانگ نظریه‌ای را برای نشان دادن چگونگی وجود چیزهایی که نه فرمیون باشند و نه بوزون، ولی در دنیای فیزیکی بدون شکستن قوانینی وجود داشته باشند، فرموله کردند، می گوید: «ما نشان دادیم که وجود گونه‌های جدیدی از ذراتی که در گذشته هرگز مانند آنها را نمی شناختیم، بر اساس قوانین فیزیک، امکان پذیر است.(روی کاغذ)»
فرمیون‌ها دسته‌ای از ذرات بنیادی هستند که اتم ها را می سازند، مانند الکترون ها و کوارک ها. به عبارت دقیق‌تر، آنها دارای ویژگی‌هایی هستند که از اشغال حالت‌های کوانتومی یکسان جلوگیری می‌کند و به طور ویژه تضمین می‌کند هیچ دو فرمیون مشابهی، نمی‌توانند حالت کوانتومی یکسانی داشته باشند(مثلا به‌طور هم‌زمان در یک مکان باشند).
هازارد می گوید: «این رفتار مسئول کل ساختار جدول تناوبی است. همچنین به همین دلیل است که وقتی روی صندلی می‌نشینید در صندلی فرو نمیروید یا از دیوار رد نمیشوید»
اما بوزون ها با معیار متفاوتی نسبت به این ویژگی تعریف می شوند که به آنها اجازه می دهد مثل یک شبح از چیزها عبور کنند.
بوزون‌ها که معمولاً به‌عنوان حامل‌های نیرو مانند فوتون‌ها و گلوئون‌ها عمل میکنند، واسطه‌ی برهم‌کنش‌ها به روش‌هایی هستند که فرمیون‌ها را به همه چیز، از پروتون‌ها گرفته تا خارپشت‌ها، سیب‌زمینی‌ها و سیارات، منسجم میکنند یا میکِشند.
یک استثنا قابل توجه برای این قاعده سخت جداسازی حالت کوانتومی وجود دارد. برخی از مواد که فقط به دو بعد محدود می‌شوند، می‌توانند رفتاری ذره‌مانند ایجاد کنند که قوانین آماری مورد انتظار فرمیون‌ها و بوزون‌ها را زیر پا می‌گذارد و به طور موثر امکان مبادله منحصر به فرد حالات کوانتومی را فراهم می‌کند.
این حفره‌های فنی، این استثناعات، به عنوان anyons شناخته می‌شوند، نمی‌توانند در فضای سه‌بعدی کیهان ما گسترش یابند و بنابراین بعید به نظر می‌رسد که توسط ذرات بنیادی شناخته شده نشان و توضیح داده شوند. در فیزیک، آنیون نوعی شبه ذره است که تاکنون فقط در سیستم‌های دو بعدی مشاهده شده است. در سیستم های سه بعدی، تنها دو نوع ذرات بنیادی دیده می شود: فرمیون ها و بوزون ها. Anyon ها دارای ویژگی های آماری درست در بین فرمیون‌ها و بوزون‌ها هستند. به طور کلی، عملیات مبادله دو ذره یکسان، اگرچه ممکن است باعث تغییر فاز جهانی شود، نمی تواند بر روی قابل مشاهده ها تأثیر بگذارد. Anyon ها به طور کلی به عنوان abelian یا non abelian طبقه بندی می شوند. آنیون های آبلی، که توسط دو آزمایش در سال ۲۰۲۰ شناسایی شدند، نقش مهمی در اثر کسری کوانتومی هال دارند.
با این حال، این هرگز فیزیکدانان نظری را از دستکاری توصیف‌های کوانتومی ذرات فرضی برای دیدن آنچه که در حوزه‌ای به نام parastatistics فعالیت میکنند، بازنداشته است. اگرچه این یک عمل بیانی صرفاً ریاضی است، انجام این کار می تواند حقایق عمیق تری را در مورد اینکه آیا فرمیون ها و بوزون ها واقعاً همه چیز هستند یا نه، و اگر چنین است یا نیست، چرا چنین است یا نه، را آشکار کند.
از زمان آغاز به کار خود در اوایل تا اواسط قرن بیستم، parastatistic ها نتوانسته اند چیزی را پیدا کنند که در جعبه فرمیون یا بوزون قرار نگیرد. در واقع، همانطور که نظریه های کوانتومی در طول زمان توسعه یافتند، به طور فزاینده ای روشن شد که هر نظریه ای که از طریق parastatistics ایجاد شود، در جهانی که فقط از فرمیون ها و بوزون ها تشکیل شده است، قابل تشخیص نیست.
وانگ و هازارد فکر می کنند که دلیلی برای مخالفت با این پیدا کرده اند. با معرفی مرحله دوم کوانتیزاسیون متمایز از روش‌های قبلی، آنها نشان داده‌اند که رفتارهای گروهی در مواد می‌تواند باعث ایجاد ذراتی شود که تا حدودی شبیه به هر یونی عمل میکنند، حتی زمانی که در یک جهان سه‌بعدی کمابیش یکسان با جهان ما می‌چرخند.
این مفهوم مشخصا از ترسیم مسیری به یک کلاس کاملاً جدید از ذرات فاصله دارد و صرفاً نشان می دهد که ممکن است هنوز نخواهیم موضوع را در مورد امکان و عدم امکانش(امکان و عدم امکان چیزی به جز بوزون و فرمیون)، ببندیم و بیشتر پژوهش کنیم.
وانگ میگوید: برای آزمایش کردن در زمینه پیراذرات ، به پیشنهادهای نظری بهتری نیاز داریم.
سام آریامنش
👁🗨 @ofoghroydadd
🔗 Nature 🥉
.