Физики из Университета Райса, используя передовые математические методы, доказали теоретическую возможность существования парачастиц — частиц, которые не являются ни бозонами, ни фермионами. Работа опубликована в журнале Nature.
С момента возникновения квантовой механики ученые полагали, что все частицы можно разделить на два основных типа: бозоны и фермионы. Эти категории различаются своим поведением: бозоны могут занимать одно квантовое состояние в неограниченном количестве, в то время как фермионы подчиняются принципу запрета Паули. Согласно этому принципу, два электрона с одинаковым спином не могут находиться на одной энергетической орбитали.
Однако позже ученые выдвинули гипотезу о существовании парачастиц — частиц с уникальными свойствами, которые отличаются от свойств бозонов и фермионов. Теории о парачастицах начали развиваться в середине XX века, но к 1970-м годам считалось, что они либо не существуют, либо их можно объяснить с помощью уже известных категорий частиц.
Профессор Кейден Хаззард и его коллега, доктор Чжиюань Ван, применили сложные математические методы, такие как уравнение Янга-Бакстера и теорию групп, чтобы продемонстрировать, что парачастицы могут существовать в рамках известных законов физики. Они создали модели, в которых эти частицы появляются в системах конденсированного вещества, например, в магнитах.
«Частицы важны не только как фундаментальные элементы природы, но и для описания устройства различных материалов», — отметил Хаззард.
Исследователи обнаружили, что парачастицы ведут себя необычным образом: когда они меняют свое местоположение относительно других частиц, то изменяют свое внутреннее состояние. Это открытие создает новые возможности для изучения подобных явлений в системах конденсированного вещества и, возможно, для их применения в квантовых вычислениях и передаче информации.
Хотя данная работа является лишь первым шагом, ученые считают, что дальнейшее развитие теории может привести к экспериментальному подтверждению существования парачастиц.
«Мы пока не знаем, куда это приведет, но уверен, что путь будет захватывающим», — заявил Хаззард.