"Невъзможен" трети тип частица може да съществува

Според някои е възможно те да обясняват тъмната материя

Снимка: Shutterstock

"Невъзможен" трети тип частица може да съществува

Според някои е възможно те да обясняват тъмната материя

12:59 | 10 януари 2025 | Редактор : Стоян Гогов 1 583 Снимка: Shutterstock

Квантовата механика отдавна класифицира частиците в две основни категории: фермиони и бозони. Сега физици от университета Райс в САЩ са открили, че математически може да е възможен трети тип. Известни като парачастици, техните свойства биха могли да предполагат съществуването на елементарни частици, които никой досега не е обмислял.

"Установихме, че са възможни нови типове частици, за които никога преди не сме знаели," казва Кейдън Хазард, който заедно със съавтора Жиюан Уан е формулирал теория, демонстрираща как обекти, които не са фермиони или бозони, могат да съществуват в физическата реалност, без да нарушават известните закони.

Какво са фермиони и бозони?

Фермионите включват фундаментални частици, които "изграждат" атоми, като електрони и кварки. По-точно, те имат свойство, което им пречи да заемат идентични квантови състояния, като гарантират, че два съвпадащи фермиона не могат да съществуват в едно и също пространство.

"Това поведение е отговорно за цялата структура на периодичната таблица," обяснява Хазард. "Също така, благодарение на него не пропадате през стола си, когато седнете."

Бозоните се определят от различно свойство, което им позволява да преминават един през друг, като призраци в коридор. Бозоните обикновено действат като преносители на сили, като фотони и глуони, които медиират взаимодействия и превръщат фермионите във всичко - от протони до планети.

Третият път: парачастици

Известно е, че в двумерни материали може да възникне поведение, подобно на частици, което нарушава статистическите закони на фермионите и бозоните, като позволява уникални промени в квантовите състояния. Тези изключения са известни като аниони.

Но анионите не могат да съществуват в триизмерното пространство на нашата Вселена, което ги прави малко вероятни кандидати за фундаментални частици.

Въпреки това теоретичните физици отдавна изследват хипотетични частици чрез поле, наречено парастатистика. Въпреки че това е предимно математическа дейност, тя разкрива дали фермионите и бозоните са единствените възможности и защо.

През 20-ти век парастатистиката не успява да намери нещо, което да не попада в рамките на фермиони и бозони. С времето става все по-ясно, че теориите, създадени чрез парастатистика, са неразличими от такива с фермиони и бозони.

Но Уан и Хазард вярват, че са открили причина да не се съгласяват. С помощта на втори етап на квантуване, различен от предишните методи, те показват как колективни поведения в материали могат да доведат до частици, които действат подобно на аниони, но в триизмерна вселена, подобна на нашата.

Какво следва?

Концепцията е далеч от пълното описание на нов клас частици, но показва, че не трябва да затваряме тази врата.

"За да реализираме парачастици в експерименти, са необходими по-реалистични теоретични предложения," казва Уан.

Като се има предвид, че Стандартният модел на квантовата физика не включва елементи като тъмна материя и тъмна енергия, наличието на планове за разширение е ценно.

Това изследване е публикувано в списание Nature.

ИЗБРАНО