Физики из Кавендишской лаборатории смоделировали квантовое блуждание идентичных частиц. Они меняют свои фундаментальные свойства, просто перепрыгивая через доменную стенку в одномерной решетке. Результаты исследования, опубликованные в журнале Physical Review Research, помогут управлять движениями частиц в квантовом мире.
Все известные фундаментальные частицы делятся на две группы: либо фермион («частица материи»), либо бозон («носитель силы»). Бозоны — частицы с целым спином (например, фотон, глюон, мезоны, бозон Хиггса), а фермионы — частицы с полуцелым спином (например, электрон, протон, нейтрон, нейтрино). Фермионы (электроны) дают начало периодической таблице элементов, а бозоны (фотоны) отвечают за электромагнитное излучение, энергию и свет.
В новом исследовании физики-теоретики показали, что, применяя эффективное магнитное поле, можно заставить одни и те же частицы мутировать — вести себя как бозоны в одной области и (псевдо)фермионы в другой. Границы, разделяющие эти области, невидимы для каждой отдельной частицы. И, тем не менее, они резко изменяют их коллективное движение.
«Все, что мы видим вокруг себя, состоит либо из бозонов, либо из фермионов. Эти две группы ведут себя и движутся совершенно по-разному: бозоны пытаются сгруппироваться, тогда как фермионы стараются оставаться отдельными частицами, — объясняет первый автор исследования, физик Лиам Лау. — Мы хотели выяснить, могут ли частицы изменить свой характер, пока перемещаются по одномерной решетке. Так мы представляем пространство».
Новая работа основана на недавнем прогрессе в разработке искусственных магнитных полей для нейтральных атомов. Все предсказания ученых теперь можно проверить экспериментально в установках с оптическими решетками. Это позволит освоить квантовое зондирование.
Читать далее
Грибок, заражающий ковидных пациентов «черной плесенью», научился обходить иммунитет
Вероятно, протоны гораздо меньше, чем считалось ранее
Астрономы сфотографировали черную дыру в центре спиральной галактики
Есть четыре фундаментальные силы, и у каждой из них есть бозон, который действует как носитель.
Фермионы являются базовыми кирпичиками всей материи. Они классифицируются по своему участию в сильном взаимодействии.
Эффективное магнитное поле равно векторной сумме внешнего поля и внутреннего поля, жестко связанного с собственной системой координат частицы. Влияет на магнитный момент электрона.