Jednowymiarowe anyony potwierdzone po latach debat
Przez dziesięciolecia fizycy byli przekonani, że wszystkie cząstki we wszechświecie można podzielić na dwie podstawowe grupy. Pierwszą stanowią fermiony, czyli między innymi elektrony, protony i neutrony tworzące materię. Drugą grupą są bozony odpowiedzialne za przenoszenie oddziaływań, takie jak fotony światła. Jednak mechanika kwantowa od dawna sugerowała istnienie czegoś pośredniego – tajemniczych anyonów, które nie zachowują się ani jak fermiony, ani jak bozony.
Czytaj też: Czas ma ukrytą wadę, z której fizycy dopiero zdali sobie sprawę. Co my teraz zrobimy?
Dotychczas anyony obserwowano głównie w układach dwuwymiarowych, szczególnie w ekstremalnych warunkach laboratoryjnych związanych z bardzo niskimi temperaturami i silnymi polami magnetycznymi. Najnowsze badania pokazują jednak, iż podobne zjawiska mogą istnieć również w jednym wymiarze, co całkowicie zmienia dotychczasowe rozumienie zachowania materii kwantowej.
Jednowymiarowe anyony są szczególnie fascynujące dla naukowców, ponieważ w świecie fizyki jeden wymiar oznacza środowisko skrajnie ograniczone. Cząstki mogą poruszać się praktycznie wyłącznie po jednej linii, bez możliwości omijania się w przestrzeni. W takich warunkach prawa mechaniki kwantowej zaczynają działać w niezwykle nietypowy sposób. Fizycy odkryli, że wymuszone mijanie się cząstek prowadzi do powstawania zupełnie nowych efektów kwantowych, których wcześniej nie widzieliśmy.
Nowa fizyka? Niekoniecznie, ale i tak konsekwencje mogą być rozległe
Muszę jednak podkreślić, że opisywane odkrycie nie oznacza znalezienia nowej cząstki elementarnej w klasycznym sensie. Chodzi raczej o nowy sposób zachowania istniejących układów kwantowych. W praktyce oznacza to, iż elektrony lub inne obiekty kwantowe mogą w określonych warunkach zachowywać się jak egzotyczne kwazicząstki posiadające zupełnie nowe właściwości matematyczne i fizyczne. To właśnie dlatego część środowiska naukowego mówi o potencjalnej rewolucji dla przyszłych technologii.
Największe emocje budzi potencjalne zastosowanie jednowymiarowych anyonów w komputerach kwantowych. Współczesne komputery kwantowe są niezwykle podatne na zakłócenia i utratę informacji. Anyony mogłyby pomóc stworzyć znacznie stabilniejsze kubity, czyli podstawowe jednostki informacji kwantowej. Według fizyków ich nietypowe właściwości mogłyby umożliwić budowę maszyn odpornych na błędy, co od lat pozostaje jednym z największych problemów całej branży technologii kwantowych.
Czytaj też: Halo, kto schował prawa fizyki? Materiał odzyskał nadprzewodnictwo w zaskakujących okolicznościach
Niektórzy porównują znaczenie odkrycia do momentu narodzin fizyki półprzewodników w XX wieku. To właśnie badania nad dziwnymi właściwościami elektronów w materiałach stałych doprowadziły ostatecznie do stworzenia tranzystorów, mikroprocesorów i współczesnych komputerów. Teraz naukowcy liczą, że egzotyczne stany materii mogą stać się podstawą kolejnej technologicznej rewolucji. A jak będzie w praktyce? Przekonamy się w najbliższych latach.
Źródło: Physical Review A
