物理學家透過數學證明,宇宙中可能存在一些長期以來被認為不可能的粒子。
100 年前的量子力學研究表明,所有粒子都可以分為以下兩組中的一組:玻色子和費米子。它們屬於哪一組取決於粒子在給定量子態下靠近其他粒子時的行為。
新研究發表在自然顯示第三組「副粒子」的潛在存在。
玻色子-就像光子一樣– 服從玻色-愛因斯坦統計。同一量子態中可以存在無限數量的玻色子。
費米子-就像電子和夸克一樣-受費米-狄拉克統計的控制。這意味著只有一個費米子可以處於給定的量子態。這就是費米子的這種行為,稱為美國萊斯大學的作者卡登·哈扎德 (Kaden Hazzard) 表示,它決定了元素週期表的結構,也是「為什麼你坐下來時不直接穿過椅子」。
「我們確定我們以前從未知道的新型粒子是可能的,」哈扎德說。
物理學家在 1920 世紀 30 年代和 20 世紀 40 年代開始懷疑副粒子是否存在。這些粒子的量子理論於 1953 年制定。
數學研究表明,幾乎所有潛在的副粒子實際上都是玻色子或費米子,並且基於本質上不正確的假設。
哈札德和萊斯大學前研究生王志遠探索了準粒子中的副粒子的可能性——在與粒子具有相同數學特性的材料中激發。
「粒子不僅僅是這些基本的東西,」哈札德解釋道。 “它們對於描述材料也很重要。”
哈札德和王發現了出現副粒子的凝聚態物質系統模型。他們使用李代數、霍普夫代數和表示論等高等數學,以及基於張量網路圖的圖形方法來更好地處理方程式。
雖然這項研究是尋找副粒子的重要進展,但研究人員強調需要具體證據。但在實驗室中檢測粒子可能需要一段時間。
「為了在實驗中實現超粒子,我們需要更現實的理論建議,」王說。