Крихітний "колайдер" дозволив вченим отримати докази існування екзотичних квазічастинок-энионов

Apr 21 7:00 2020 Друк цієї статті

І за допомогою цього пристрою їм вдалося отримати експериментальні докази існування екзотичних "двовимірних" квазічастинок, званих энионами (anyon).

Сучасна теорія, іменована Стандартною моделлю фізики елементарних частинок, передбачає існування двох основних типів елементарних частинок - бозонів і фермионов. Поведінка і фізика цих частинок описується в тривимірному просторі і на не найнижчих для цих частинок енергетичних рівнях. Все це залишає достатньо простору для можливості існування частинок інших типів, включаючи і ті, які існують у двох вимірах.

Однією з таких "двовимірних" частинок є энион, який не відноситься ні до бозонам, ні до фермионам. Згідно теорії, значення від'ємного електричного заряду, несомого энионом, менше, ніж значення заряду електрона, що робить энион зарядженою частинкою з найменшим електричним зарядом. Крім цього, поведінка энионов є чимось середнім між поведінкою бозонів і фермионов.

Якщо ферміони відштовхуються один від одного, а бозони - притягуються і можуть об'єднуватися групуватися, то у энионов спостерігається щось середнє між відштовхуванням і притяганням. І саме це властивість зробило можливим роботу миниколлайдера, про який згадувалося трохи вище і про який піде мова далі.

Створений вченими "микроколлайдер" фізично складається з декількох шарів різних умовно двовимірних матеріалів, деякі з яких виконують роль електродів. Електричні поля, що прикладаються до цих електродів, і сильні зовнішні магнітні поля зумовлюють те, що простір всередині коллайдера можна вважати квантової рідиною Холу, в середовищі якої течуть електричні заряди.

В таких умовах всередині коллайдера формуються потоки частинок, включаючи і потік энионов. Ці потік розщеплюються і направляються так, що вони стикаються в центральній точці коллайдера. При зіткненні потоків ферміони покидають межі коллайдера по одному шляху, а бозони об'єднуються у великі "брили" і залишають колайдер по іншому шляху. Також вчені зареєстрували і третій потік вихідних частинок, менш численний, ніж бозони, але знаходиться в повній згоді з теорією, що описує те, щоб сталося з энионами в таких умовах.

Зазначимо, що в даному випадку вченим вдалося отримати так звані абелевы энионы (абелевих anyons), але існує вигляд ще більш екзотичних энионов - неабелевы энионы (non-абелевих anyons). В найближчому часі вчені збираються отримати докази існування энионов другого типу, і для цього вони планують використовувати графен, двовимірний матеріал відомий цілим рядом унікальних і досить екзотичних властивостей.

На закінчення залишається додати, що це досягнення має величезне значення для декількох різних областей фізики, оскільки воно надало експериментальні підтвердження існування частинки, яка була чисто теоретичною часткою досить довгий час. Крім цього, технологія, розроблена французькими вченими, може бути взята на озброєння й іншими дослідними групами, завдяки роботі яких, може бути, унікальні властивості энионов будуть використані для забезпечення роботи квантових комп'ютерів наступних поколінь.