Por cem anos, todas as partículas conhecidas tinham apenas duas identidades: bósons, férmions.

Os bósons podem ser empilhados em um número infinito de números, enquanto os férmions não podem coexistir em um estado quântico. O laser depende de bósons e a concha eletrônica depende de férmions. Esta é a divisão mais fundamental da mecânica quântica.

Mas agora, alguém encontrou a "terceira partícula". Nome próprio:类粒子(parapartículas)。

Não bósons, não férmions.

Não é uma partícula pura de matéria, nem é um meio de força, mas um estado oculto que a mecânica quântica permite existir, mas nunca foi encontrado. Eles podem viver dentro do material, existindo em uma simetria comutativa peculiar. Eles têm "variáveis internas ocultas" que são trocadas não apenas por um sinal positivo ou negativo, mas por toda a estrutura mudando.

Essa teoria não foi proposta por algum filósofo fantasioso, mas pela equipe de Zihyuan Wang, do Instituto Max Planck de Óptica Quântica, na Alemanha.

Tudo começou em 2021, quando ele era um estudante de pós-graduação na Rice University. Uma derivação matemática casual o fez perceber que poderia ter atingido um canto esquecido da física.

Naquela época, ele levou essa ideia para seu mentor, Kaden Hazzard. A primeira reação da outra parte foi: "Não tenho certeza se isso é confiável, mas se você realmente acredita, apenas coloque todo o resto de lado e faça o seu melhor para fazer isso". ”

Três anos depois, eles realmente publicaram seus artigos.

Publicado na Nature, a teoria é rigorosa, a matemática é fechada e a imagem física é clara. Além do mais, ele quebra algo que se pensava ser uma conclusão precipitada: o teorema DHR.

Na década de 1970, Doplicher-Haag-Roberts propôs uma série de estruturas matemáticas para provar que, no caso de satisfazer as hipóteses de "localidade" e "espaço tridimensional",Apenas bósons e férmions podem existir na natureza。

Isso quase "bloqueou" partículas de sua legitimidade física por décadas.

Mas a equipe de Wang descobriu que as suposições do DHR eram muito mais duras do que as pessoas pensavam. Em particular, o ponto de "indistinguibilidade completa" não é necessariamente verdadeiro em certos estados sobrepostos.

Seu modelo semelhante a uma partícula abandona o requisito absoluto de "nenhuma diferença" - isto é,Se dois observadores compartilharem informações, eles podem dizer se uma partícula foi trocada。

É aí que está o ponto de ruptura.

A troca de partículas tradicional não afetará os resultados estatísticos experimentais, mas após a troca de partículas, elas "ligarão" as propriedades ocultas umas das outras. Essas propriedades não são mensuráveis por conta própria, mas as correlações de dados entre vários observadores podem revelar essas informações.

Isso coloca o semelhante a uma partícula em uma posição interessante:

Não é uma pilha aleatória como bósons, e não é mutuamente exclusiva como férmions.

Em vez disso, é finito e empilhável.

Você pode empilhar um pouco, mas se empilhar mais, ele "estourará" e você terá que entrar em um novo estado. Quantos podem ser empilhados depende dos detalhes do modelo. Cada tipo de partícula tem um grau diferente de aglomeração.

Os físicos estão acostumados a um mundo bipolar. Agora, o meio-termo tem que ser inserido.

As teorias preveem que essas partículas de classeMais provável de aparecer como uma "quasipartícula" em alguns materiais exóticos。 Ou seja, eles são uma manifestação do estado excitado coletivo no material, não partículas livres. Semelhante aos fônons, éxcitons e anyons, estes são a "segunda geração de partículas" que entraram no laboratório.

Qualquer anyon proposto por Frank Wilczek na década de 1980 já foi confirmado em materiais quânticos Hall e está até sendo aplicado à arquitetura da computação quântica tolerante a falhas.

Matriz com átomos de Rydberg.Esta é uma das plataformas de simulação quântica mais poderosas disponíveis, usando as órbitas amplificadas extremas das transições eletrônicas externas dos átomos para obter respostas extremamente altas aos campos elétricos. Esses sistemas já estão sendo usados para simular anyons e podem ser o principal campo de batalha para a implementação de objetos semelhantes a partículas.

O mais surpreendente é que a equipe de Markus Müller, outro pesquisador, está trabalhando em partículas quase ao mesmo tempo. Eles adotaram uma abordagem diferente - reinterpretando as restrições do DHR e definindo a "indistinguibilidade" da perspectiva de vários observadores da superposição quântica, o que por sua vez "descartou" a possibilidade de existência semelhante a partículas.

As teorias dos dois lados não entram em conflito, mas se complementam.

Em termos de imagens físicas, as imagens semelhantes a partículas são mais como uma rede dinâmica de interações. Trocar de posição não é um sinal de menos, mas como uma atualização do sistema operacional, que afeta não apenas os próprios participantes, mas também uma série de evoluções subsequentes.

Isso facilita a descrição de certos modelos de transição de fase quântica, estruturas de estado emaranhadas e, possivelmente, em estruturas semelhantes a partículas.

Mesmo, é possívelUma nova classe de materiais quânticos nasceu。 E é tridimensional, ao contrário de qualquer outro, que só pode viver em duas dimensões.

Isso significa que elesHá uma chance melhor de entrar em aplicações de engenharia。 Por exemplo, materiais projetados com propriedades semelhantes a partículas podem exibir comportamentos que não são possíveis com materiais de bósons ou férmions em termos de densidade de estados, acoplamento de spin e transporte de carga.

No passado, amontoávamos o mundo em duas caixas: você pode empilhar ou não. Agora, a costura entre as duas caixas abriu uma costura.