著名物理学家理查德·费曼曾说过“物理学之于数学,就像性之于自慰”。他没有明确说明他到底在进行什么比较——但如果不管怎样,他大概是说数学通常是,,并且更擅长面对。
例如:物理学传统上告诉我们,所有粒子都可以分为两种类型之一,玻色子或费米子,具体取决于它们的性质属性和行为。但数学说这并不是故事的全部——至少根据一项新的研究。
莱斯大学物理和天文学副教授、这篇新论文的合著者卡登·哈扎德 (Kaden Hazzard) 在一篇论文中说:“我们确定,我们以前从未了解过的新型粒子是可能的。”陈述关于调查结果。
实际上,这并不是第一次提出这种“副统计粒子”或简称“副粒子”的存在。事实上,“自量子力学诞生以来,人们就一直在讨论超统计及其在自然界中的明显缺失,”该论文指出。
“第一个具体的副统计理论是由格林于 1953 年提出并研究的,”作者写道。 “随后在代数量子场论的框架内对该理论进行了详细、更普遍、更严格的研究。”
但不幸的是,这个想法最终被证明是跛脚鸭。并不是说副粒子不存在或不可能存在——那很好——相反,问题在于它没关系不管他们有没有。
“这些工作并没有排除自然界中副粒子的存在,”论文解释道,“但得出的结论是,在某些假设下,任何副粒子理论[……]在物理上与普通费米子和玻色子的理论没有区别。这似乎消除了考虑超粒子理论的需要,因为它们给出了与普通粒子理论完全相同的物理预测。”
关于粒子的想法就这么多了——或者看起来是这样。但当哈扎德和当时的研究生王志远从数学角度思考这个问题时,他们不仅发现非平凡的粒子可以存在,但他们也弄清楚了它们可能出现在自然界的什么地方——比如在磁通量内。
“粒子不仅仅是这些基本的东西,”哈扎德说。 “它们对于描述材料也很重要。”
正如你所预料的那样,即使考虑到量子物理学的普遍奇怪性,这些副粒子也会很奇怪。该论文指出:“它们的交换统计数据可以通过物理方式观察到,并且与费米子和玻色子明显不同。”
就像同样令人困惑的新准粒子一样,它的发现也是,结果“证明了凝聚态物质系统中出现新型准粒子的可能性,”作者写道,“并且更具推测性的是,以前未考虑过的基本粒子类型的潜力。”
这很令人兴奋,但这只是第一步。这一理论的走向,甚至到达那里的可能路线,仍有待确定——到目前为止,我们甚至不知道问题,更不用说答案了。
“这是跨学科研究,涉及理论物理和数学的多个领域,”现任德国马克斯普朗克量子光学研究所博士后研究员的王说。但“为了在实验中实现粒子,我们需要更现实的理论建议,”他补充道。
不过,无论理论将他们带往何处,这段旅程都值得关注。
“我不知道它会去哪里,”哈扎德说。 “但我知道找到答案将会令人兴奋。”
论文发表在期刊上自然。