Лента новостей

04:53
«Плавающая» граница Европы и Азии
04:48
Мэр итальянского города запретил жителям болеть
03:44
Россия окружает ключевые позиции ВСУ: новости СВО от 10 января 2025. Карта боёв на Украине сегодня, обстановка в Курской области, военная сводка, 1051-й день спецоперации России на Украине
03:14
Топ бесполезных приобретений 2024: россияне назвали покупки, о которых сожалеют
02:12
ЗАПАДНЫЕ СМИ ПРО УКРАИНСКОГО КОТА, КОТОРЫЙ ОДНОЙ ЛАПОЙ СБИЛ РОССИЙСКИЙ ДРОН.
02:04
«Дорогу наверх пробивал сам»: эксперты — о жизненном пути Грабина и его вкладе в развитие отечественной артиллерии
01:38
Французское влияние в Западной Африке клонится к закату
00:52
«Сладкий экспорт» из России вырос на 15%
00:08
Претензии Трампа на Гренландию выгодны Кремлю — Sky News
00:06
Как финны похоронили «розовую» Финляндию
23:49
Русские Медведи и команда Тыл СВО в помощь фронту - Архивные кадры - Авдеевка
23:22
Бывший разработчик GTA III придумал кинематографическую камеру, потому что ему было скучно кататься на поезде
23:18
Корнилов не исключил, что Дания может лишиться Гренландии
23:14
Радиоудар по врагу: невидимые воины спасают сотни жизней наших бойцов в боях от Курахово до Часов Яра (ВИДЕО)
22:59
Пленные боевики ВСУ из-под Махновки
22:57
Спасибо тебе, брат!
22:28
ООН заигрывает с Россией - что пошло не так для Киева?
22:27
США не отступятся от Гренландии. Остров важен для национальной безопасности Америки
21:55
Не просто газ: JWST нашел воду и углекислый газ в атмосфере супернептуна WASP-166 b
21:39
«Кто открыл ящик Пандоры на Востоке?». В польской прессе назвали настоящего виновника войны на Украине
21:38
Убиты и ранены мирные люди. ВСУ ведут обстрелы ДНР, Белгородской и Херсонской области. Обзор ситуации в прифронтовых регионах России на вечер 9 января
21:37
Опрос: с начала СВО резко снизилось доверие украинцев ко всем институтам власти
21:36
Каллас о помощи Украине: ЕС готов взять на себя лидерство, если США откажутся
21:32
80 тысяч мигрантов принудительно выдворили из России в 2024 году
21:31
Грузия планирует в этом году закупить у России в два раза больше газа
21:30
Бойцы благодарят читателей «Русской Весны» за важную помощь (ВИДЕО)
21:01
Математики «сломали» квантовую физику? Предсказано существование частиц, считавшихся невозможными
20:51
Религиозные итоги – 2024: великий перелом к сатанизации мира
20:44
Разведка сорвала прорыв ВСУ на новом участке фронта. Киев готовит неприятный «сюрприз» с моря — Горячая сводка 9 января 2024 г.
20:43
Последнее заседание «Рамштайн». Союзники Украины завалили её новыми пакетами помощи
20:09
Почему государственные границы больше не являются нерушимыми?
19:58
Xiaomi представила мощный смартфон Poco X7 Pro и его спецверсию Poco X7 Pro Iron Man
19:54
Трамп сдвинул завершение конфликта на Украине в сторону Пасхи и никаких уступок Путину
19:47
В Грузии задержали мужчин, убивших российского туриста
19:06
Сводка Минобороны России о ходе проведения спецоперации по состоянию на 9 января
19:05
Ирония судьбы по-украински. 40-летнего Евгения Криводуба убили в ТЦК, его убийца отпущен на свободу
19:04
Зеленский настаивает на размещении миротворцев НАТО на Украине
19:03
Британия с союзниками пообещали Украине 30 тысяч дронов
18:58
Трамп готов продать Украину?
18:55
Политолог Перенджиев рассказал о причинах, исключающих принятие Украины в ЕС и НАТО
18:51
Зеленский предложил западным странам ввести войска на Украину
18:43
Курское сражение на 09.01.25: уже не «контрнаступ», но активная оборона...
18:27
Отчего вода после кипячения в микроволновой печи кажется невкусной и можно ли этого избежать: учёные нашли решение
18:26
Почему пропал смысл различать гравитационную и инертную массы?
18:13
В разгар слухов о Half-Life 3 на странице Valve в Steam засветилась секретная игра
Все новости

Архив публикаций



Мировое обозрение»Технологии»Математики «сломали» квантовую физику? Предсказано существование частиц, считавшихся невозможными

Математики «сломали» квантовую физику? Предсказано существование частиц, считавшихся невозможными


В мире квантовой механики, где реальность кажется причудливой и не подчиняющейся обыденной логике, существует убеждение, что частицы делятся на два основных типа: фермионы и бозоны. Однако, словно притаившаяся занавеска, существует и третье, куда менее известное царство — мир парачастиц. Да, вы не ослышались. Но обо всем по порядку.

Традиционная дихотомия: Фермионы и бозоны

Начнём с основ. Согласно стандартным учебникам, квантовый мир населён двумя типами частиц, чьи характеристики определяются их поведением при обмене:

  • Фермионы — это «одиночки», не терпящие конкуренции. Если вы попытаетесь «посадить» двух фермионов на одно и то же квантовое место, то они категорически воспротивятся. К фермионам относятся такие частицы, как электроны, протоны и нейтроны — то есть, «строительный материал» нашего мира.
  • Бозоны, наоборот, — «компанейские» ребята. Они не против разделить одно и то же квантовое состояние с себе подобными. Это, к примеру, фотоны (частицы света) или бозоны Хиггса.
Иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

Такое разделение не просто теоретическое построение, оно лежит в основе многих явлений, которые мы наблюдаем вокруг. Однако всегда ли такая бинарная картина отражает всю полноту физической реальности?

Привет, парачастицы!

Утверждение о строгой дихотомии фермионов и бозонов, оказывается, не совсем верно. Как минимум, есть два важных исключения. Первое — это а́нионы, частицы, существующие только в двумерном пространстве и имеющие экзотические свойства. Второе, как было принято считать до недавнего времени, — парастатистика, концепция, которая позволяла существовать частицам, поведение которых при обмене отличалось от фермионов и бозонов. Правда, считалось, что в конечном итоге все парачастицы ведут себя как те же фермионы или бозоны, что и не позволяло им претендовать на звание полноценных, отдельных типов частиц.

Матрицы R определены в Таблице 1. Слева указана вырожденность энергетического уровня {dn} при n>0. Справа — термодинамическое среднее значение числа заполнения одномодового состояния β. Цитирование: Wang, Z., Hazzard, K.R.A. Particle exchange statistics beyond fermions and bosons. Nature 637, 314-318 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-024-08262-7
Автор: Wang, Z., Hazzard, K.R.A. Источник: www.nature.com

И вот тут на сцену выходят парачастицы в новой интерпретации. В недавней работе, опубликованной в журнале Nature, группа физиков представила теорию, в которой парастатистика может порождать нетривиальные и физически наблюдаемые следствия. Это означает, что, возможно, существует целый класс частиц, не вписывающихся в привычную схему фермионов и бозонов!

Как парачастицы избегают традиционных ограничений?

И в чём же состоит их «фокус»? Дело в том, что при обмене местами двух частиц, волновая функция, описывающая их квантовое состояние, обычно может измениться лишь на некий множитель. Для фермионов этот множитель равен -1, а для бозонов +1.

Однако, как показали исследователи, волновая функция парачастиц может не только изменяться на некий множитель, но и подвергаться матричному преобразованию. Это открывает дверь для новых типов квантовых состояний, не характерных для фермионов или бозонов.

Как такое возможно? Дело в том, что при описании парачастиц вводится дополнительный набор «внутренних» индексов, недоступных для локальных измерений. Это похоже на невидимые «метки», которые парачастицы несут в себе и которые изменяются при обмене местами. Именно наличие этих «меток» позволяет им избегать ограничений, накладываемых на фермионы и бозоны.

Каждая черная точка представляет 16-мерный кудит, на который действуют локальные операторы 𝑥̂ᵢ,ₐ+- и 𝑦̂ᵢ,ₐ+-, а каждый открытый круг представляет 64-мерный вспомогательный кудит, на который действуют локальные операторы ŵₐᵇ+-, для w = uₗ, uᵣ, vₗ или vᵣ. Каждый цветной треугольник представляет трехчастичное взаимодействие между кудитами в его трех вершинах. Кроме того, у нас есть восьмичастичные взаимодействия вокруг каждой четной плакетки (то есть белых и серых плакеток). Уравнение (34) дает пример оператора парачастицы 𝜓̂ᵢ,ₐ+-, определенного на строке Γ (показано фиолетовым цветом), которая является MPO, последовательно действующей на все фиолетовые точки. Цитирование: Wang, Z., Hazzard, K.R.A. Particle exchange statistics beyond fermions and bosons. Nature 637, 314-318 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-024-08262-7
Автор: Wang, Z., Hazzard, K.R.A. Источник: www.nature.com
Математика парачастиц: Открытие нового квантового мира

Новые парачастицы подчиняются так называемым обобщённым принципам исключения, что влечёт за собой необычную термодинамику, отличную от поведения свободных фермионов и бозонов. Для описания таких частиц был разработан формализм вторичного квантования, который естественным образом включает решения для невзаимодействующих парачастиц и сохраняет важные физические ограничения, такие как локальность (то есть, воздействие на один объект не может мгновенно повлиять на другой, удалённый от него объект).

На основе этого формализма была построена семья точно решаемых квантовых спиновых моделей в одном и двух измерениях. Эти модели демонстрируют, что парачастицы могут выступать в роли квазичастиц — коллективных возбуждений системы, поведение которых, в свою очередь, может быть обнаружено экспериментально.

Затенённый квадрат представляет 2D-систему с открытыми граничными условиями, как показано на расширенном рисунке данных 1. i и j обозначают черные узлы в верхнем левом и нижнем правом углах 2D-решетки, соответственно, в которых парачастицы могут быть локально созданы и измерены. Унитарный оператор обмена 𝐸̂ᵢⱼ перемещает парачастицы по двум цветным путям. Цитирование: Wang, Z., Hazzard, K.R.A. Particle exchange statistics beyond fermions and bosons. Nature 637, 314-318 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-024-08262-7
Автор: Wang, Z., Hazzard, K.R.A. Источник: www.nature.com
Что это меняет?

И, пожалуй, главный вопрос — что всё это значит для нас? Во-первых, результаты этого исследования бросают вызов нашей устоявшейся картине мира. Мы стоим на пороге новой, еще не исследованной области физики, в которой традиционные представления о квантовой статистике, возможно, требуют переосмысления.

Во-вторых, обнаружение парачастиц открывает новые возможности в области физики конденсированного состояния, где они могут играть роль в экзотических квантовых фазах, а также, возможно, могут быть использованы для создания новых квантовых технологий. В-третьих, как и предсказывают авторы исследования, новые парачастицы могут оказаться «недостающим звеном» в наших представлениях об элементарных частицах, которые формируют наш мир, подталкивая нас к поиску новых элементарных строительных блоков материи.

Таким образом, открытие нетривиальных парачастиц не просто академический интерес, а скорее — многообещающий намек на то, что за горизонтом наших сегодняшних знаний о квантовом мире, возможно, скрываются новые, еще более удивительные открытия.



Опубликовано: Мировое обозрение     Источник

Читайте нас:





Напишите ваш комментарий к статье:

Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.

Новости партнеров

Наверх