السعي لإثبات وجود نوع جديد من الجسيمات الكمومية

عند تبديل جسيمات بحدتين ، تتغير هذه الخصائص المخفية بالترادف. كقياس ، تخيل أن هذه الخصائص هي ألوان. ابدأ بحكمين ، أحدهما أحمر داخليًا وآخرًا أزرق داخلي. عندما يتبادلون الأماكن ، بدلاً من الاحتفاظ بهذه الألوان ، يتغير كلاهما بطرق مقابلة ، كما هو محدد من خلال الرياضيات للنموذج المعين. ربما يتركهم المبادلة باللون الأخضر والأصفر. يتحول هذا بسرعة إلى لعبة معقدة ، حيث تؤثر الجسيمات الحكمية على بعضها البعض بطرق غير مرئية أثناء تحركها.

وفي الوقت نفسه ، كان Mã¼ller مشغول أيضًا بإعادة التفكير في نظريات DHR. وقال: “ليس دائمًا شفافًا للغاية ما تعنيه ، لأنه في إطار رياضي معقد للغاية”.

اتخذ فريقه نهجا جديدا لسؤال الجسيمات. نظر الباحثون في حقيقة أن الأنظمة الكمومية يمكن أن توجد في حالات متعددة محتملة في وقت واحد ما يسمى التراكب. لقد تخيلوا التحول بين وجهات نظر المراقبين الذين موجودون في هذه الحالات المتراك آخر.

قال: “ربما إذا كانت الجسيمات قريبة ، فأنا أبادلها ، لكن إذا كانت بعيدة ، فلا أفعل شيئًا”. “وإذا كانوا في تراكب لكليهما ، فأنا أقوم بالتبادل في فرع واحد ، ولا شيء في الفرع الآخر.” ما إذا كان من المفترض أن يصفه المسلحون عبر الفروع الجسيمين بالطريقة نفسها.

يفرض هذا التعريف الأكثر صرامة للتمييز في سياق التراكب قيودًا جديدة على أنواع الجسيمات التي يمكن أن توجد. عندما تعقد هذه الافتراضات ، وجد الباحثون أن الجسيمات المستحيلة. لكي يكون الجسيم لا يمكن تمييزه حقًا عن طريق القياس ، كما يتوقع الفيزيائيون أن تكون الجزيئات الأولية ، يجب أن تكون إما بوسون أو fermion.

على الرغم من أن Wang و Hazzard نشروا ورقتهما أولاً ، إلا أنهما رأوا قيود Mã¼ller القادمة. جاليانهم ممكنة لأن نموذجها يرفض افتراض بدء Mã¼ler: لا يمكن تمييز الجسيمات بالمعنى الكامل المطلوب في سياق التراكيب الكمومية. هذا يأتي مع نتيجة. في حين أن تبديل جسيمات بحكمين ليس له أي تأثير على قياسات شخص واحد ، فإن اثنين من المراقبين ، من خلال مشاركة بياناتهما مع بعضهما البعض ، يمكنهم تحديد ما إذا كان قد تم تبديل الجسيمات. هذا لأن تبديل الجسيمات يمكن أن يغير كيفية ارتباط قياسات شخصين ببعضهما البعض. في هذا المعنى ، يمكنهم أن يخبروا الجسيمات المحكمة.

هذا يعني أن هناك إمكانات لحالات المادة الجديدة. حيث يمكن للبوزونات أن تحزم عددًا لا نهاية له من الجزيئات في نفس الحالة ، ولا يمكن أن تشارك Fermions حالة على الإطلاق ، فإن الجسيمات المحلية تنتهي في مكان ما في الوسط. إنهم قادرون على تعبئة عدد قليل من الجسيمات في نفس الحالة ، قبل أن يزدهروا وإجبار الآخرين على الدول الجديدة. بالضبط عدد يمكن أن يتم حشره معًا يعتمد على تفاصيل الجسيمات النحية – الإطار النظري يسمح بخيارات لا نهاية لها.

قال: “أجد أن ورقتهم رائعة حقًا ، ولا يوجد أي تناقض على الإطلاق مع ما نقوم به”.

الطريق إلى الواقع

إذا كانت الجسيمات المحنقة موجودة ، فمن المحتمل أن تكون جزيئات ناشئة ، تسمى quasiparticles ، والتي تظهر كاهتزازات نشطة في مواد كمية معينة.

قال منغ تشنغ ، وهو عالم فيزيائي في جامعة ييل لم يشارك في البحث: “قد نحصل على نماذج جديدة من المراحل الغريبة ، والتي كان من الصعب فهمها من قبل ، أنه يمكنك الآن حلها بسهولة باستخدام الجسيمات المحددة”.

برايس جادواي ، عالم فيزيائي تجريبي في جامعة ولاية بنسلفانيا والذي يتعاون أحيانًا مع هازارد ، هو متفائل بأن الجسيمات المحددة ستتحقق في المختبر في السنوات القليلة المقبلة. ستستخدم هذه التجارب ذرات Rydberg ، التي هي ذرات تنشط مع الإلكترونات التي تتجول بعيدًا جدًا عن نوىها. هذا الفصل بين الشحنة الإيجابية والسلبية يجعل ذرات Rydberg حساسة بشكل خاص للحقول الكهربائية. يمكنك بناء أجهزة الكمبيوتر الكمومية من تفاعل ذرات Rydberg. هم أيضا المرشحين المثاليين لإنشاء جسيمات بحرية.

قال جادواي عن خلق الجسيمات: “لنوع معين من محاكاة Rydberg الكم ، هذا نوع من ما سيفعلونه بشكل طبيعي”. â € œ يمكنك فقط تحضيرهم ومشاهدتها تتطور.

ولكن في الوقت الحالي ، تظل مملكة الجسيمات الثالثة نظرية تمامًا.

قال ويلسكك ، “الجسيمات المبرمة” ، “إن ويلكزيك ، جائزة نوبل ، فيزيائي الفوز ومخترع أي شخص.”

القصة الأصلية أعيد طبعه بإذن من مجلة Quanta ، منشور مستقل تحريري لـ مؤسسة سيمونز تتمثل مهمتها في تعزيز الفهم العام للعلوم من خلال تغطية التطورات البحثية والاتجاهات في الرياضيات والعلوم المادية والحياة.