Впервые обнаружены новые квантовые частицы: бросают вызов пониманию квантовой физики

Физики впервые подтвердили существование нового типа квантовых частиц, которые теоретически называются дробными экситонами.

Хотя ученые давно предполагали их существование, это исследование стало первым, которое доказало их реальность. Дробные экситоны представляют собой квантовые частицы с уникальными свойствами, которые бросают вызов традиционному пониманию квантовой механики. Они могут сыграть ключевую роль в развитии квантовых компьютеров и других квантовых технологий.

В квантовой механике экситон — это частица, которая образуется при сочетании электрона и электронной дырки, которая является квазичастицей с положительным зарядом. Экситоны не имеют заряда, что делает их сложными для обнаружения. Однако дробные экситоны, которые являются подтипом экситонов, обнаружить еще труднее.

Для открытия дробных экситонов ученые использовали дробный квантовый эффект Холла. В традиционном квантовом эффекте Холла при подаче электрического тока на материал, помещенный в магнитное поле, возникает боковое напряжение, которое увеличивается скачками. Эти скачки происходят при низких температурах и сильных магнитных полях, и каждый скачок — это целое количество. В дробном квантовом эффекте Холла скачки происходят в дробных количествах. Эта концепция позволила физикам обнаружить дробные экситоны.

Для эксперимента ученые создали двухмерный наноматериал, состоящий из двух слоев графена, разделенных слоем изолирующего нитрида бора. Это помогло контролировать электрические заряды и создать экситоны в экспериментальной установке. Далее ученые подвергли наноматериал воздействию сильных магнитных полей и наблюдали за потоком дробных экситонов.

Интересно, что все элементарные частицы делятся на два класса: бозоны и фермионы. Бозоны могут находиться в одном и том же квантовом состоянии одновременно, в то время как фермионы не могут. Дробные экситоны продемонстрировали поведение, которое присуще и бозонам, и фермионам, что указывает на их принадлежность к совершенно новому классу частиц.

Физики считают, что такие частицы могут стать важными для улучшения квантовых вычислений, а также для разработки других квантовых технологий. Это открытие значительно расширяет наше понимание квантового мира и дает новые возможности для применения квантовых технологий в будущем.

Источник: Interesting Engineering