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] 然而,在二维空间中,循环不会缩小。它被另一个粒子卡住了。由于这个限制(只有在二维中才会发现),让一个粒子绕着另一个粒子旋转并不等于把它留在同一个地方。
巴黎索邦大学的物理学家格温达尔·费弗领导了最近的这项实验,他说:“拓扑论证是第一个迹象,表明这些任意子可能存在。”“剩下的就是物理系统了。”
宇宙中的每一个粒子(从宇宙射线到夸克)不是费米子就是玻色子。
任意子,正如我们所知,即不像费米子也不像玻色子。相反,他们的行为介于两者之间。
如果波函数是相同的,那么量子粒子就是玻色子。如果它们差了一个系数-1,那么就是费米子。虽然推导看起来像是一个纯粹的数学问题,但它具有深刻的物理意义。
自旋是半整数的是费米子,是基本粒子,同状态不能在一个轨道上。自旋为整数的是玻色子,是传递子,同状态可以在一个轨道上。
在最近发表在《科学》杂志上的一篇论文中,物理学家发现了第一个实验证据,证明这些粒子不属于任何一个王国。”我们有玻色子和费米子,现在我们有了第三个王国,”诺贝尔奖得主、麻省理工学院物理学家弗兰克·维尔切克说。“这绝对是一个里程碑。”
当电子被限制在二维空间运动,冷却到接近绝对零度,并受到强磁场的作用时,非常奇怪的事情开始发生。在20世纪80年代早期,物理学家首先利用这些条件来观察“分数量子霍尔效应”,在这个效应中,电子聚集在一起产生了所谓的准粒子,其电荷只有单个电子的一小部分。(如果把电子的集体行为称为粒子似乎有些奇怪,想想质子,它本身就是由三个夸克组成的。)
费米子是粒子世界的“反社会成员”。它们从不占据相同的量子态。正因为如此电子(也就是费米子)被强迫进入一个原子周围不同的壳层中。从这个简单的现象中产生了原子的大部分空间,元素周期表的惊人多样性,以及所有的化学。
新粒子“任意子”的发现呈现出一个新的粒子世界,物理学的里程碑
在物理学中,物理学家把所有粒子分成两类。一种费米子,一种玻色子。
要理解量子王国,可以想象一幅循环图。想象两个无法区分的粒子,比如电子。取其中一个,然后环绕另一个,这样它就会回到它开始的地方。一切似乎都没有改变。事实上,在量子力学的数学语言中,描述初态和末态的两个波函数必须要么等于,要么相差-1。(在量子力学中,你可以通过平方这个波函数来计算你所观察到的概率,所以-1的系数就被消去了。)
这些类别将自然的构建块划分为两个截然不同的粒子王国。现在,研究人员发现了第三个粒子王国的第一个例子。
让一个粒子绕着另一个粒子旋转,会产生一个循环。在三维空间中,你可以把这个循环一直缩小到一个点。从拓扑学上讲,这个(粒子)好像根本没有移动过。
物理学家认为,世界上所有的粒子,要么就是玻色子,要么就是费米子。
1984年,威尔切克、丹尼尔·阿罗瓦斯和约翰·罗伯特·施里弗在一篇两页纸的论文中指出,这些准粒子必须是任意粒子。但科学家们从未在这些准粒子中观察到类似于任意子的行为。也就是说,他们无法证明任意子既不像费米子,也不像玻色子,既不聚在一起,也不完全相互排斥。
另一方面,玻色子是群居的粒子,它们乐于聚在一起,共享相同的量子态。因此,光子(即玻色子)可以相互穿透,使光线不受阻碍地传播,而不是四处散射。
任意子的存在是从量子拓扑中推断出来的。
这就是这项新研究的目的。2016年,三位物理学家描述了一个类似于二维粒子对撞机的实验装置,用它来把任意子撞在一起。通过测量对撞机中电流的波动,他们能够证明任意子的行为完全符合理论预测。
“在很长一段时间里,已经有了很多证据,”威尔切克说。但如果你问:是否存在一种特定的现象,你可以指出并说任意子导致了这种现象,而你无法用其他任何方式解释它。我认为这在一个不同的层面上是非常明显的。”
我们需要第三种粒子的可能性:任意粒子。由于它们的波函数不局限于定义费米子和玻色子的两个解,这些粒子可以不是这两个解中的任何一个,而是介于两者之间的任何一个。当威尔切克第一次创造任意子这个词时,它是一种半开玩笑的暗示,意思是任何事情都可以发生。
布朗大学物理学家德米特里·费尔德曼没有参与最近的研究,他说,“一切都与这个理论非常契合,没有任何疑问。”“根据我的经验,这在这个领域是很不寻常的。”
但是,如果当你将一个量子粒子环绕在另一个量子粒子上时,又没有回到相同的量子状态,会发生什么呢?为了理解这种可能性,我们需要稍微离题到拓扑学。如果一种形状可以不经过任何切割或粘合而转变成另一种形状,那么两种形状在拓扑上是等价的。俗话说,甜甜圈和咖啡杯在拓扑结构上是等价的,因为它们可以被轻轻不断地塑造成另一个。
] 然而,在二维空间中,循环不会缩小。它被另一个粒子卡住了。由于这个限制(只有在二维中才会发现),让一个粒子绕着另一个粒子旋转并不等于把它留在同一个地方。
巴黎索邦大学的物理学家格温达尔·费弗领导了最近的这项实验,他说:“拓扑论证是第一个迹象,表明这些任意子可能存在。”“剩下的就是物理系统了。”
宇宙中的每一个粒子(从宇宙射线到夸克)不是费米子就是玻色子。
任意子,正如我们所知,即不像费米子也不像玻色子。相反,他们的行为介于两者之间。
如果波函数是相同的,那么量子粒子就是玻色子。如果它们差了一个系数-1,那么就是费米子。虽然推导看起来像是一个纯粹的数学问题,但它具有深刻的物理意义。
自旋是半整数的是费米子,是基本粒子,同状态不能在一个轨道上。自旋为整数的是玻色子,是传递子,同状态可以在一个轨道上。
在最近发表在《科学》杂志上的一篇论文中,物理学家发现了第一个实验证据,证明这些粒子不属于任何一个王国。”我们有玻色子和费米子,现在我们有了第三个王国,”诺贝尔奖得主、麻省理工学院物理学家弗兰克·维尔切克说。“这绝对是一个里程碑。”
当电子被限制在二维空间运动,冷却到接近绝对零度,并受到强磁场的作用时,非常奇怪的事情开始发生。在20世纪80年代早期,物理学家首先利用这些条件来观察“分数量子霍尔效应”,在这个效应中,电子聚集在一起产生了所谓的准粒子,其电荷只有单个电子的一小部分。(如果把电子的集体行为称为粒子似乎有些奇怪,想想质子,它本身就是由三个夸克组成的。)
费米子是粒子世界的“反社会成员”。它们从不占据相同的量子态。正因为如此电子(也就是费米子)被强迫进入一个原子周围不同的壳层中。从这个简单的现象中产生了原子的大部分空间,元素周期表的惊人多样性,以及所有的化学。
新粒子“任意子”的发现呈现出一个新的粒子世界,物理学的里程碑
在物理学中,物理学家把所有粒子分成两类。一种费米子,一种玻色子。
要理解量子王国,可以想象一幅循环图。想象两个无法区分的粒子,比如电子。取其中一个,然后环绕另一个,这样它就会回到它开始的地方。一切似乎都没有改变。事实上,在量子力学的数学语言中,描述初态和末态的两个波函数必须要么等于,要么相差-1。(在量子力学中,你可以通过平方这个波函数来计算你所观察到的概率,所以-1的系数就被消去了。)
这些类别将自然的构建块划分为两个截然不同的粒子王国。现在,研究人员发现了第三个粒子王国的第一个例子。
让一个粒子绕着另一个粒子旋转,会产生一个循环。在三维空间中,你可以把这个循环一直缩小到一个点。从拓扑学上讲,这个(粒子)好像根本没有移动过。
物理学家认为,世界上所有的粒子,要么就是玻色子,要么就是费米子。
1984年,威尔切克、丹尼尔·阿罗瓦斯和约翰·罗伯特·施里弗在一篇两页纸的论文中指出,这些准粒子必须是任意粒子。但科学家们从未在这些准粒子中观察到类似于任意子的行为。也就是说,他们无法证明任意子既不像费米子,也不像玻色子,既不聚在一起,也不完全相互排斥。
另一方面,玻色子是群居的粒子,它们乐于聚在一起,共享相同的量子态。因此,光子(即玻色子)可以相互穿透,使光线不受阻碍地传播,而不是四处散射。
任意子的存在是从量子拓扑中推断出来的。
这就是这项新研究的目的。2016年,三位物理学家描述了一个类似于二维粒子对撞机的实验装置,用它来把任意子撞在一起。通过测量对撞机中电流的波动,他们能够证明任意子的行为完全符合理论预测。
“在很长一段时间里,已经有了很多证据,”威尔切克说。但如果你问:是否存在一种特定的现象,你可以指出并说任意子导致了这种现象,而你无法用其他任何方式解释它。我认为这在一个不同的层面上是非常明显的。”
我们需要第三种粒子的可能性:任意粒子。由于它们的波函数不局限于定义费米子和玻色子的两个解,这些粒子可以不是这两个解中的任何一个,而是介于两者之间的任何一个。当威尔切克第一次创造任意子这个词时,它是一种半开玩笑的暗示,意思是任何事情都可以发生。
布朗大学物理学家德米特里·费尔德曼没有参与最近的研究,他说,“一切都与这个理论非常契合,没有任何疑问。”“根据我的经验,这在这个领域是很不寻常的。”
但是,如果当你将一个量子粒子环绕在另一个量子粒子上时,又没有回到相同的量子状态,会发生什么呢?为了理解这种可能性,我们需要稍微离题到拓扑学。如果一种形状可以不经过任何切割或粘合而转变成另一种形状,那么两种形状在拓扑上是等价的。俗话说,甜甜圈和咖啡杯在拓扑结构上是等价的,因为它们可以被轻轻不断地塑造成另一个。
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