著名物理學家理查費曼曾說「物理學之於數學,就像性之於自慰」。他沒有明確說明他到底在進行什麼比較——但如果不管怎樣,他大概是說數學通常是,,並且更擅長面對。
例如:物理學傳統上告訴我們,所有粒子都可以分為兩種類型之一,玻色子或費米子,這取決於它們的性質屬性和行為。但數學說這並不是故事的全部——至少根據一項新的研究。
萊斯大學物理和天文學副教授、這篇新論文的合著者卡登·哈扎德 (Kaden Hazzard) 在一篇論文中說:“我們確定,我們以前從未了解過的新型粒子是可能的。”陳述關於調查結果。
實際上,這並不是第一次提出這種「副統計粒子」或簡稱「副粒子」的存在。事實上,「自從量子力學誕生以來,人們就一直在討論超統計及其在自然界中的明顯缺失,」該論文指出。
「第一個具體的副統計理論是由格林在 1953 年提出並研究的,」作者寫道。 “隨後在代數數子場論的框架內對該理論進行了詳細、更普遍、更嚴格的研究。”
但不幸的是,這個想法最終被證明是跛腳鴨。並不是說副粒子不存在或不可能存在——那很好——相反,問題在於它沒關係不管他們有沒有。
「這些工作並沒有排除自然界中副粒子的存在,」論文解釋道,「但得出的結論是,在某些假設下,任何副粒子理論[……]在物理上與普通費米子和玻色子的理論沒有差別。這似乎消除了考慮超粒子理論的需要,因為它們給出了與普通粒子理論完全相同的物理預測。
關於粒子的想法就這麼多了——或者看起來是這樣。但當哈札德和當時的研究生王志遠從數學角度思考這個問題時,他們不僅發現非平凡的粒子可以存在,但他們也弄清楚了它們可能出現在自然界的什麼地方——例如在磁通量內。
「粒子不僅僅是這些基本的東西,」哈札德說。 “它們對於描述材料也很重要。”
正如你所預料的那樣,即使考慮到量子物理學的普遍奇怪性,這些副粒子也會很奇怪。該論文指出:“它們的交換統計數據可以通過物理方式觀察到,並且與費米子和玻色子明顯不同。”
就像同樣令人困惑的新準粒子一樣,它的發現也是,結果“證明了凝聚態物質系統中出現新型準粒子的可能性,”作者寫道,“並且更具推測性的是,以前未考慮過的基本粒子類型的潛力。”
這很令人興奮,但這只是第一步。這一理論的走向,甚至到達那裡的可能路線,仍有待確定——到目前為止,我們甚至不知道問題,更不用說答案了。
「這是跨學科研究,涉及理論物理和數學的多個領域,」現任德國馬克斯普朗克量子光學研究所博士後研究員的王說。但「為了在實驗中實現粒子,我們需要更現實的理論建議,」他補充道。
不過,無論理論將他們帶往何處,這段旅程都值得關注。
「我不知道它會去哪裡,」哈扎德說。 “但我知道找到答案將會令人興奮。”
論文發表在期刊上自然。