우주 광선에서 쿼크에 이르기까지 우주의 모든 마지막 입자는 Fermion 또는 Boson입니다. 이 범주는 자연의 빌딩 블록을 두 개의 별개의 왕국으로 나눕니다. 이제 연구원들은 세 번째 입자 왕국의 첫 번째 사례를 발견했습니다.
그들이 알려진대로 Anyons는 Fermions 또는 Bosons처럼 행동하지 않습니다. 대신, 그들의 행동은 중간 어딘가에 있습니다. Science 에 출판 된 최근 논문에서 물리학 자들은이 입자들이 어느 왕국에도 맞지 않는다는 첫 번째 실험 증거를 발견했습니다. 매사추세츠 공과 대학 (Massachusetts Institute of Technology)의 노벨상을 수상한 물리학자인 프랭크 윌크 제크 (Frank Wilczek)는“우리는 가슴과 페르 미온이 있었고 이제는 제 3의 왕국을 얻었습니다. "이것은 절대적으로 이정표입니다."
Anyon이란 무엇입니까?
양자 왕국을 이해하려면 루프의 그림을 생각해보십시오. 전자와 같은 두 개의 구별 할 수없는 입자를 상상해보십시오. 하나를 가져간 다음 다른 곳 주위를 반복하여 시작한 곳으로 돌아갑니다. 아무것도 바뀌지 않은 것 같습니다. 그리고 실제로, 양자 역학의 수학적 언어에서, 초기 및 최종 상태를 설명하는 두 파동 함수는 -1의 계수에 의해 동일하거나 꺼져야합니다. (양자 역학에서는이 파동 함수를 제곱하여 관찰 한 확률을 계산 하므로이 팩터는 -1이 세척합니다.)
.파도 함수가 동일하면 양자 입자는 보손입니다. 그들이 -1의 계수로 꺼져 있다면, 당신은 fermions가 있습니다. 그리고 파생은 순전히 수학적 운동처럼 보일지 모르지만 신체적 결과가 심각합니다.
Fermions는 입자 세계의 반사회적 구성원입니다. 그들은 결코 같은 양자 상태를 차지하지 않습니다. 이 때문에, 페르미온 인 전자는 원자 주위에 다양한 원자 껍질로 강제됩니다. 이 간단한 현상에서 원자에서 대부분의 공간이 발생합니다.주기적인 테이블의 놀라운 다양성 및 모든 화학.
반면에 보손은 욕심 많은 입자이며 함께 모여 같은 양자 상태를 공유하는 것이 행복합니다. 따라서 보손 인 광자는 서로를 통과하여 가벼운 광선이 흩어지는 대신에 침구되지 않은 여행을 할 수 있습니다.
그러나 다른 양자 입자 주위에 하나의 양자 입자를 루프하면 같은 양자 상태로 돌아 가지 않으면 어떻게됩니까? 이러한 가능성을 이해하려면 토폴로지에 대한 간단한 형태, 모양에 대한 수학적 연구를 만들어야합니다. 하나의 절단이나 접착없이 하나를 다른 사람으로 변환 할 수 있다면 두 가지 모양이 토폴로지 적으로 동일합니다. 도넛과 커피 머그잔은 오래된 말이 상담 적으로 동등합니다. 왜냐하면 하나는 부드럽고 지속적으로 다른 사람으로 형성 될 수 있기 때문입니다.
한 입자를 다른 입자 주위에 회전 할 때 우리가 만든 루프를 고려하십시오. 3 차원에서는 그 루프를 한 지점까지 줄일 수 있습니다. 토폴로지로 말하면, 입자가 전혀 움직이지 않은 것처럼 보입니다.
그러나 두 차원에서는 루프가 줄어들 수 없습니다. 다른 입자에 붙어 있습니다. 루프를 절단하지 않고는 루프를 축소 할 수 없습니다. 이 제한으로 인해 - 두 차원에서만 발견되는 것은 하나의 입자 주위에 하나의 입자를 반복하는 것은 입자를 같은 장소에 두는 것과 같지 않습니다.
우리는 세 번째 입자 가능성이 필요합니다 :Anyon. 이들의 파 함수는 페르미온과 가슴을 정의하는 두 가지 용액으로 제한되지 않기 때문에, 이들 입자는 두 가지 중 어느 것이 아니라 그 사이에 있지 않을 것이다. Wilczek이 Anyon이라는 용어를 처음으로 만들었을 때, 그것은 무엇이든 간다는 혀에 대한 제안이었습니다.
실험
파리의 소르본 네 대학교 (Sorbonne University)의 물리학자인 그웬 달 페브 (Gwendal Fève)는“토폴로지 주장은이 모든 사람들이 존재할 수 있다는 첫 번째 징후”라고 말했다. “찾아야 할 것은 물리적 시스템이었습니다.”
전자가 2 차원으로 움직임으로 제한되면 거의 절대 0으로 냉각되고 강한 자기장을 겪으면 매우 이상한 일이 일어나기 시작합니다. 1980 년대 초, 물리학 자들은 이러한 조건을 처음 사용하여“분수 양자 홀 효과”를 관찰하는데, 이는 전자가 모여 단일 전자의 전하의 일부를 갖는 소위 준 입자를 생성했습니다. (전자의 집단 행동을 입자라고 부르는 것이 이상하게 보이면, 양성자를 생각하십시오.
1984 년, Wilczek, Daniel Arovas 및 John Robert Schrieffer의 주요 2 페이지 분량 종이는 이러한 준 사라민이 어느 누구나 여야한다는 것을 보여주었습니다. 그러나 과학자들은이 준파생에서 어떤 반과 같은 행동을 관찰 한 적이 없다. 즉, 그들은 모든 사람들이 페르 미온이나 가슴과는 다른 것을 증명할 수 없었으며, 함께 묶이지 않거나 서로 완전히 반복하지 않습니다.
그것이 새로운 연구가하는 일입니다. 2016 년에 3 명의 물리학자는 2 차원의 작은 입자 충돌기와 유사한 실험 설정을 설명했습니다. Fève와 그의 동료들은 비슷한 것을 만들어서 모든 사람들을 부수는 데 사용했습니다. Collider에서 전류의 변동을 측정함으로써, 그들은 Anyons의 행동이 이론적 예측과 정확히 일치한다는 것을 보여줄 수있었습니다.
브라운 대학교의 물리학자인 Dmitri Feldman은 최근 연구에 관여하지 않은 Dmitri Feldman은“모든 것이 이론에 너무나 고유하게 맞지 않아 의문의 여지가 없다”고 말했다. "이 분야에서는 매우 드문 일입니다."
Wilczek은“오랫동안 많은 증거가있었습니다. “그러나 당신이 묻는다면 :특정 현상이 있습니까? 당신은 그 현상에 대한 책임을지고 다른 방식으로 설명 할 수 없다고 말할 수 있습니까? 나는 이것이 명확하게 다른 수준이라고 생각한다.”
이 기사는 에 재 인쇄되었습니다 wired.com .
