‘نقطه عطف’ شواهد برای Anyons یک سوم پادشاهی ذرات

فیزیکدانان به مدت طولانی شناخته شده است که در جهان ساخته شده است از دو نوع ذرات: fermions و bosons. در حال حاضر وجود دارد یک سوم است که رفتار کاملا متفاوت است.

هر ذره در جهان—از یک اشعه کیهانی به یک کوارک—یا یک fermion یا بوزون. این دسته ها تقسیم بلوک های ساختمان از طبیعت به دو متمایز امپراطوری. در حال حاضر محققان کشف اولین نمونه از یک سوم ذرات پادشاهی.

Anyons به عنوان آنها شناخته شده نیست مانند رفتار یا fermions یا bosons; در عوض رفتار خود را در جایی در وسط. در مقاله اخیر منتشر شده در علمفیزیک داشت اولین شواهد تجربی است که این ذرات مناسب نیست به یا پادشاهی. “ما تا به حال bosons و fermions و در حال حاضر ما باید این پادشاهی سوم” گفت: فرانک Wilczek یک برنده جایزه نوبل فیزیک در موسسه تکنولوژی ماساچوست. “این کاملا یک نقطه عطف است.”

چه Anyon?

به درک کوانتومی امپراطوری فکر می کنم از یک نقاشی از حلقه. تصور کنید دو غیر قابل تشخیص ذرات مانند الکترون. را یکی پس حلقه آن را در اطراف به طوری که آن را به پایان می رسد تا به جایی که از آن آغاز شده است. هیچ چیز به نظر می رسد تغییر کرده است. و در واقع در زبان ریاضی مکانیک کوانتومی دو موج توابع توصیف اولیه و نهایی متحده یا باید به صورت مساوی و یا توسط یک عامل از -1. (در مکانیک کوانتومی شما محاسبه احتمال از آنچه شما مشاهده توسط تربیع این تابع موج بنابراین این عامل از -1 تمیز کردن.)

اگر توابع موج یکسان هستند خود کوانتومی ذرات bosons. اگر آنها توسط یک عامل از -1 شما باید fermions. و اگر اشتقاق ممکن است به نظر می رسد مانند یک صرفا ریاضی و ورزش آن را عمیق عواقب جسمی.

Fermions هستند ضد اجتماعی اعضای ذرات جهان. آنها هرگز اشغال همان کوانتومی. از آنجا که این الکترون ها که fermions دریافت مجبور به متنوع اتمی پوسته در اطراف یک اتم. از این ساده پدیده مطرح می شود بیشتر از فضا در یک اتم, شگفت آور انواع جدول تناوبی از شیمی است.

Bosons از سوی دیگر در حال گلهای ذرات مبارک به دسته با هم و به اشتراک گذاری همان کوانتومی. بنابراین فوتون که bosons عبور می تواند از طریق هر یک از دیگر اجازه می دهد اشعه های نور به سفر آزادانه به جای پراکندگی در مورد.

اما چه اتفاقی می افتد اگر زمانی که شما یک حلقه کوانتومی ذرات در اطراف دیگر شما نمی توانید به همان کوانتومی دولت ؟ برای درک این امکان ما نیاز به ایجاد یک خلاصه گریز به توپولوژی ریاضی مطالعه از اشکال است. دو اشکال topologically معادل اگر یکی می تواند تبدیل به دیگر بدون هیچ برش و یا چسب. حلقه ای و یک فنجان قهوه المثل قدیمی می رود, در حال topologically معادل آن چون یکی را می توان به آرامی و به طور مداوم به شکل دیگر.

در نظر گرفتن حلقه است که ما هنگامی که ما چرخش یک ذره در اطراف دیگر. در سه بعد شما می توانید کوچک که حلقه تمام راه را به یک نقطه. Topologically سخن آن است که اگر ذرات نشده نقل مکان کرد و در همه.

a diagram showing an anyon
تصویر: 5W, Infographics

در دو بعد اما حلقه نمی تواند کوچک. آن گیر می شود در دیگر ذرات. شما نمی توانید کوچک شدن حلقه بدون برش آن را در روند. به دلیل این محدودیت تنها در دو بعد—حلقه یک ذره در اطراف دیگری است که معادل خروج این ذرات در همان محل.

ما نیاز به یک سوم ذرات امکان: anyons. از توابع موج محدود به این دو راه حل که تعریف fermions و bosons این ذرات آزاد هستند به هیچ یک از این دو اما هر چیزی در میان است. زمانی که Wilczek برای اولین بار اصطلاح anyon آن زبان-در-گونه پیشنهاد که هر چیزی می رود.

آزمایش

“Topological استدلال بود که اولین نشانه ای که این anyons می تواند وجود داشته باشد” گفت: Gwendal Fève یک فیزیکدان در دانشگاه سوربن در پاریس که منجر اخیر آزمایش. “آنچه باقی مانده بود پیدا شد سیستم های فیزیکی.”

زمانی که الکترون ها محدود به حرکت در دو بعد, سرد نزدیک به صفر مطلق و در معرض یک میدان مغناطیسی قوی و بسیار چیزهای عجیب شروع به رخ می دهد. در اوایل 1980s فیزیکدانان برای اولین بار با استفاده از این شرایط به رعایت “کسری کوانتمی هال اثر” است که در آن الکترون ها با هم می آیند برای ایجاد به اصطلاح quasiparticles که در کسری از هزینه یک تک الکترون. (اگر آن را به نظر می رسد عجیب و غریب به تماس با جمعی رفتار الکترون یک ذره فکر می کنم از پروتون است که خود را ساخته شده از سه کوارک.)

در سال 1984 یک منی دو صفحه کاغذ توسط Wilczek دانیل Arovas و جان Robert Schrieffer نشان داد که این quasiparticles بود anyons. اما دانشمندان تا به حال هرگز مشاهده anyon-مانند رفتار در این quasiparticles. که آنها تا به حال شده است قادر به ثابت کند که anyons بر خلاف یا fermions یا bosons نه bunching با هم و نه کاملا دفع یکدیگر است.

این چیزی است که مطالعه می کند. در سال 2016 سه فیزیکدانان توصیف تجربی راه اندازی است که شبیه به یک برخورد دهنده ذرات در دو بعد است. Fève و همکارانش ساخته شده است چیزی شبیه و با استفاده از آن به سر و صدا anyons با هم. با اندازه گیری نوسانات جریان در برخورد آنها قادر به نشان می دهد که رفتار anyons دقیقا مربوط با پیش بینی های نظری.

“همه چیز متناسب با تئوری بنابراین منحصر به فرد وجود دارد هیچ سوال گفت:” دیمیتری فلدمن یک فیزیکدان در دانشگاه براون بود که درگیر در کار اخیر. “است که بسیار غیر معمول برای این رشته در تجربه من.”

“شده است وجود دارد بسیاری از شواهد برای یک مدت زمان طولانی” Wilczek گفت. “اما اگر شما بپرسید: آیا یک پدیده خاص شما می توانید نقطه به نقطه و می گویند anyons مسئول است که پدیده و شما نمی توانید آن را توضیح دهید در هر راه است ؟ من فکر می کنم این خیلی واضح است که در سطح های مختلف.”


داستان اصلی تجدید چاپ با اجازه از کوانتوم, مجله, یک سرمقاله مستقل انتشار سایمونز بنیاد که ماموریت است که برای افزایش درک عمومی از علم توسط پوشش تحقیقات تحولات و روند ریاضیات و علوم فیزیکی و زندگی.


بزرگ تر سیمی داستان
  • اعترافات مارکوس Hutchins هکر که ذخیره شده اینترنت
  • که اختراع چرخ ؟ و چگونه آنها آن را انجام دهد ؟
  • 27 روز در توکیو بای: آنچه اتفاق افتاده است در الماس شاهزاده
  • چرا کشاورزان آزادسازی شیر حتی به عنوان نفر گرسنه
  • نکات و ابزار برای برش مو در خانه
  • 👁 AI آشکار بالقوه Covid-19 درمان است. به علاوه: دریافت آخرین اخبار AI
  • 🏃🏽♀️ می خواهید بهترین ابزار برای دریافت سالم است ؟ ما را بررسی کنید دنده تیم میدارد برای تناسب اندام بهترین انتقالها دنده در حال اجرا (از جمله کفش و جوراب) و بهترین هدفون

tinyurlis.gdv.gdv.htclck.ruulvis.netshrtco.de

Leave a reply

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>