السعي لإثبات وجود نوع جديد من الجسيمات الكمومية

عند تبديل جسيمات بحدتين ، تتغير هذه الخصائص المخفية بالترادف. كقياس ، تخيل أن هذه الخصائص هي ألوان. ابدأ بحكمين ، أحدهما أحمر داخليًا وآخر أزرق داخلي. عندما يتبادلون الأماكن ، بدلاً من الاحتفاظ بهذه الألوان ، يتغير كلاهما بطرق مقابلة ، كما هو محدد من خلال الرياضيات للنموذج المعين. ربما يتركهم المبادلة باللون الأخضر والأصفر. يتحول هذا بسرعة إلى لعبة معقدة ، حيث تؤثر الجسيمات الحكمية على بعضها البعض بطرق غير مرئية أثناء تحركها.

وفي الوقت نفسه ، كان مولر مشغولًا أيضًا بإعادة التفكير في نظريات DHR. وقال “ليس دائمًا شفافًا فائقًا ما تعنيه ، لأنه في إطار رياضي معقد للغاية”.

اتخذ فريقه نهجا جديدا لسؤال الجسيمات. نظر الباحثون في حقيقة أن الأنظمة الكمومية يمكن أن توجد في حالات متعددة ممكنة في وقت واحد – ما يسمى التراكب. لقد تخيلوا التبديل بين وجهات نظر المراقبين الذين يوجد في هذه الحالات المتراكمة ، يصف كل منهم فرع الواقع بشكل مختلف قليلاً. إذا كان جسيمين لا يمكن تمييزهما حقًا ، فقد برزت ، فلن يهم ما إذا كانت الجسيمات تم تبديلها في فرع واحد من التراكب وليس في الآخر.

قال مولر: “ربما إذا كانت الجسيمات قريبة ، فأنا أبادلها ، لكن إذا كانت بعيدة ، فلن أفعل شيئًا”. “وإذا كانوا في تراكب لكليهما ، فأنا أقوم بالتبادل في فرع واحد ، ولا شيء في الفرع الآخر.” ما إذا كان المراقبون عبر الفروع يصفان الجسيمين بالطريقة نفسها لا ينبغي أن تحدث فرقًا.

يفرض هذا التعريف الأكثر صرامة للتمييز في سياق التراكب قيودًا جديدة على أنواع الجسيمات التي يمكن أن توجد. عندما تعقد هذه الافتراضات ، وجد الباحثون أن الجسيمات المستحيلة. لكي يكون الجسيم لا يمكن تمييزه حقًا عن طريق القياس ، كما يتوقع الفيزيائيون أن تكون الجزيئات الأولية ، يجب أن تكون إما بوسون أو fermion.

على الرغم من أن Wang و Hazzard نشروا ورقتهما أولاً ، إلا أنهما رأوا قيود مولر قادمة. جسيمات حدتها ممكنة لأن نموذجهم يرفض افتراض بدء مولر: لا يمكن تمييز الجسيمات بالمعنى الكامل المطلوب في سياق التراكيب الكمومية. هذا يأتي مع نتيجة. في حين أن تبديل جسيمات بحكمين ليس له أي تأثير على قياسات شخص واحد ، يمكن للمراقبين ، من خلال مشاركة بياناتهما مع بعضهما البعض ، تحديد ما إذا كانت الجسيمات قد تم تبديلها أم لا. ذلك لأن تبديل الجسيمات يمكن أن يغير كيفية ارتباط قياسات شخصين ببعضهما البعض. في هذا المعنى ، يمكنهم أن يخبروا الجسيمات المحكمة.

هذا يعني أن هناك احتمال لحالات المادة الجديدة. حيث يمكن للبوزونات أن تحزم عددًا لا نهاية له من الجزيئات في نفس الحالة ، ولا يمكن لـ Fermions مشاركة حالة على الإطلاق ، فإن الجسيمات المحلية تنتهي في مكان ما في الوسط. إنهم قادرون على تعبئة عدد قليل من الجسيمات في نفس الحالة ، قبل أن يزدهروا وإجبار الآخرين على الدول الجديدة. بالضبط عدد يمكن أن يتم حشره معًا يعتمد على تفاصيل الجسيمات – الإطار النظري يسمح بخيارات لا نهاية لها.

وقال مولر: “أجد أن ورقتهم رائعة حقًا ، وليس هناك أي تناقض على الإطلاق مع ما نقوم به”.

الطريق إلى الواقع

إذا كانت الجسيمات المحنقية موجودة ، فستكون على الأرجح جزيئات ناشئة ، تسمى الجسيمات شبه ، التي تظهر كاهتزازات نشطة في بعض المواد الكم.

وقال منغ تشنغ ، وهو عالم فيزيائي في جامعة ييل لم يشارك في البحث: “قد نحصل على نماذج جديدة من المراحل الغريبة ، والتي كان من الصعب فهمها من قبل ، أنه يمكنك الآن حلها بسهولة باستخدام الجسيمات”.

برايس جادواي ، عالم فيزيائي تجريبي في جامعة ولاية بنسلفانيا والذي يتعاون أحيانًا مع هازارد ، هو متفائل بأن الجسيمات المحددة ستتحقق في المختبر في السنوات القليلة المقبلة. ستستخدم هذه التجارب ذرات Rydberg ، التي هي ذرات تنشط مع الإلكترونات التي تتجول بعيدًا جدًا عن نوىها. هذا الفصل بين الشحنة الإيجابية والسلبية يجعل ذرات Rydberg حساسة بشكل خاص للحقول الكهربائية. يمكنك بناء أجهزة الكمبيوتر الكمومية من تفاعل ذرات Rydberg. هم أيضا المرشحين المثاليين لإنشاء جسيمات بحرية.

وقال جادواي عن خلق الجسيمات: “بالنسبة لنوع معين من محاكاة Rydberg Quantum ، هذا نوع من ما سيفعلونه بشكل طبيعي”. “أنت فقط تعدهم ومشاهدتها تتطور.”

ولكن في الوقت الحالي ، تظل مملكة الجسيمات الثالثة نظرية تمامًا.

وقال ويلتشك ، الفيزيائي الحائز على جائزة نوبل ومخترع أي شخص: “قد تصبح الجسيمات المحنقة مهمة”. “لكن في الوقت الحاضر هم في الأساس فضول نظري.”

القصة الأصلية أعيد طبعه بإذن من مجلة Quanta ، منشور مستقل تحريري لـ مؤسسة سيمونز تتمثل مهمتها في تعزيز الفهم العام للعلوم من خلال تغطية التطورات البحثية والاتجاهات في الرياضيات والعلوم المادية والحياة.