Potraga za dokazivanjem postojanja nove vrste kvantnih čestica

Kad zamijenite dvije parapartike, ta se skrivena svojstva mijenjaju u tandemu. Kao analogija, zamislite da su ta svojstva boje. Započnite s dvije parapartike, jedna koja je interno crvena, a druga koja je interno plava. Kad zamjenjuju mjesta, umjesto da čuvaju ove boje, oboje se mijenjaju na odgovarajuće načine, kako je propisano matematikom određenog modela. Možda ih zamjena ostavlja zelenim i žutim. To se brzo pretvara u složenu igru, gdje parapartikule međusobno utječu na neviđene načine dok se kreću.

U međuvremenu, Müller je također bio zauzet preispitivanjem DHR teorema. “Nije uvijek super transparentno što oni znače, jer je u vrlo kompliciranom matematičkom okviru”, rekao je.

Njegov je tim uzeo novi pristup pitanju paraparticla. Istraživači su razmotrili činjenicu da kvantni sustavi mogu odjednom postojati u više mogućih stanja – što se naziva superpozicijom. Zamišljali su da se prebaci između perspektive promatrača koji postoje u tim izvanrednim stanjima, od kojih svaka njihova grana stvarnosti opisuje nešto drugačije. Ako su dvije čestice uistinu ne razlikuju se, shvatile su, tada neće biti važno jesu li čestice zamijenjene u jednoj grani superpozicije, a ne u drugoj.

“Možda ako su čestice blizu, zamjenjujem ih, ali ako su daleko, ne radim ništa”, rekao je Müller. “A ako su u superpoziciji oboje, tada radim zamjenu u jednoj grani, a ništa u drugoj grani.” Da li promatrači preko grana označavaju dvije čestice na isti način, ne bi trebalo imati razlike.

Ova stroža definicija nerazlučivosti u kontekstu superpozicija nameće nova ograničenja na vrste čestica koje mogu postojati. Kad se te pretpostavke drže, istraživači su otkrili da su parapartikule nemoguće. Da bi se čestice uistinu nejazile mjerenjem, jer fizičari očekuju da će biti elementarne čestice, to mora biti ili bozon ili Fermion.

Iako su Wang i Hazzard prvo objavili svoj rad, to je kao da su vidjeli Müllerova ograničenja. Njihove su parapartikule moguće jer njihov model odbacuje Müllerovu početnu pretpostavku: čestice se u punom smislu ne mogu razlikovati u kontekstu kvantnih superpozicija. To dolazi s posljedicom. Iako zamjena dvije parapartike nema utjecaja na mjerenja jedne osobe, dva promatrača, dijeljenjem njihovih podataka jedni s drugima, mogu utvrditi jesu li parapartikule zamijenjene. To je zato što zamjena parapartičara može promijeniti kako se mjerenja dvoje ljudi međusobno odnose. U tom su smislu mogli razdvojiti dvije parapartike.

To znači da postoji potencijal za nova stanja materije. Tamo gdje bozoni mogu spakirati beskrajni broj čestica u isto stanje, a fermions uopće ne mogu dijeliti državu, parapartikule završavaju negdje u sredini. Oni su u stanju spakirati samo nekoliko čestica u isto stanje, prije nego što se gužvaju i prisiljavaju druge u nove države. Točno koliko se može skupiti zajedno ovisi o detaljima parapartikale – teorijski okvir omogućava beskrajne mogućnosti.

“Smatram da je njihov rad zaista fascinantan i apsolutno nema kontradikcije s onim što radimo”, rekao je Müller.

Put do stvarnosti

Ako parapartikule postoje, oni će najvjerojatnije biti čestice u nastajanju, nazvane kvazipartike, koje se pojavljuju kao energetske vibracije u određenim kvantnim materijalima.

“Mogli bismo dobiti nove modele egzotičnih faza, koje je prije bilo teško razumjeti, koje sada možete lako riješiti pomoću parapartiča”, rekao je Meng Chengfizičar na Sveučilištu Yale koji nije bio uključen u istraživanje.

Bryce Gadwayeksperimentalni fizičar na Državnom sveučilištu Pennsylvania koji ponekad surađuje s Hazzardom, optimističan je da će parapartike biti realizirane u laboratoriju u sljedećih nekoliko godina. Ovi bi eksperimenti koristili Rydbergove atome, koji su energizirani atomi s elektronima koji lutaju vrlo daleko od njihovih jezgara. Ovo odvajanje pozitivnog i negativnog naboja čini Rydbergove atome posebno osjetljivim na električna polja. Možete izgraditi kvantna računala iz interakcije atoma Rydberga. Oni su ujedno i savršeni kandidati za stvaranje parapartičara.

“Za određenu vrstu Rydbergovog kvantnog simulatora, ovo je samo ono što bi oni prirodno učinili”, rekao je Gadway o stvaranju parapartičara. “Samo ih pripremite i gledate kako se razvijaju.”

Ali za sada, treće kraljevstvo čestica ostaje u potpunosti teorijsko.

“Parapartikule bi mogle postati važne”, rekao je Wilczek, fizičar Nobelove nagrade i izumitelj bilo kojeg izumitelja. “Ali trenutno su u osnovi teorijska znatiželja.”

Originalna priča ponovljena s dopuštenjem iz Magazin Quantaurednička neovisna publikacija Fondacija Simons Čija je misija poboljšati javno razumijevanje znanosti pokrivanjem razvoja istraživanja i trendova iz matematike i fizičkih i životnih znanosti.