Las partículas conocidas como fermiones (ilustración) no pueden compartir el mismo estado.Crédito: Román Andrade 3Dcienca / Biblioteca de Imágenes Científicas
Los físicos teóricos han propuesto la existencia de un nuevo tipo de partícula que no encaja en las clasificaciones tradicionales de fermiones y bosones. Su “partícula parabólica” descrita en naturaleza El 8 de enero1no es el primero que se propone, pero el modelo matemático detallado que lo caracteriza podría dar lugar a experimentos en los que se genere utilizando una computadora cuántica. La investigación también indica la posibilidad de que existan en la naturaleza partículas elementales no descubiertas.
En un desarrollo separado, se publicó a fines del año pasado en ciencias2los físicos demostraron experimentalmente por primera vez otro tipo de partícula que no es ni un bosón ni un fermión (un “ion”) en un hipotético universo unidimensional. Cualquieron ya esta creado Sólo en sistemas 2D.
Debido a su comportamiento inusual, tanto las cuasipartículas como los anyons algún día podrían desempeñar un papel en hacer que las computadoras cuánticas sean menos propensas a errores.
Propiedades de las partículas
En una época en la que los físicos comenzaban a comprender la estructura de los átomos, Hace un sigloEl teórico nacido en Austria Wolfgang Pauli propuso que dos electrones no podían ocupar el mismo estado: que si dos electrones se veían obligados a estar en el mismo estado, surgiría una fuerza repulsiva entre ellos. El principio de exclusión de Pauli es crucial para la forma en que los electrones que orbitan alrededor de un núcleo atómico se organizan en capas, en lugar de que todos ellos queden relegados al estado de energía más bajo posible.
Pauli y otros pronto se dieron cuenta de que esta regla de exclusión empírica se aplicaba no sólo a los electrones, sino a una clase más amplia de partículas, incluidos protones y neutrones, a las que llamaron fermiones. Por el contrario, las partículas a las que les gusta compartir el mismo estado (lo que incluye, por ejemplo, los fotones de un rayo láser) se conocen como bosones. (Paoli y sus colaboradores también descubrieron por qué el hecho de que una partícula sea un fermión o un bosón está relacionado con el momento angular intrínseco de la partícula, o “giro”).
Hola Iones! Los físicos encuentran la mejor evidencia hasta el momento de las estructuras 2D buscadas desde hace mucho tiempo
Matemáticamente, la propiedad básica de los fermiones es que cuando dos de ellos cambian de posición, la “función de onda” que representa su estado cuántico colectivo cambia, lo que significa que se multiplica por -1. Para los bosones, la función de onda permanece sin cambios. Los primeros teóricos cuánticos sabían que, en principio, podría haber otros tipos de partículas cuyas funciones de onda cambien de maneras más complejas cuando intercambian posiciones. En la década de 1970, los investigadores descubrieron los anyons, que sólo pueden existir en universos con una o dos dimensiones.
Los físicos Ziyuan Wang, ahora en el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica en Garching, Alemania, y Caden Hazard de la Universidad Rice en Houston, Texas, han construido un modelo de cuasipartículas que pueden existir en cualquier número de dimensiones y con propiedades diferentes a aquellas. encontrado en fermiones o bosones. En particular, estas partículas están sujetas a su propio tipo de exclusión de Pauli. “No es del todo sorprendente que esto sea posible”, dice Kasia Regzner, física matemática de la Universidad de York en el Reino Unido. “Pero aún así es genial”.
Wang dice que se le ocurrieron las extrañas reglas de intercambio por casualidad en 2021, mientras se preparaba para su doctorado. “Fue el momento más emocionante de mi vida”, dice. Wang añade que debería ser posible, aunque difícil, alcanzar estos estados de cuasipartículas en una computadora cuántica.