2020 yılı, Dünyamızda sadece akla gelebilecek ve düşünülemez sıcaklık rekorlarını kıran bir yıl olarak değil, aynı zamanda iki boyutta aynı anda var olan “herhangi bir” olarak adlandırılan üçüncü bir parçacık krallığının varlığının kanıtlandığı bir insanlık tarihi dönemi olarak hatırlanacaktır.
Genel olarak, parçacık fiziği hakkında konuşurken, yakın zamana kadar sadece iki kategori veya krallık – bozonlar ve fermiyonlar – olduğu unutulmamalıdır.
Temel parçacıkları iki kampa bölme kriteri, parçacığın uygun açısal momentumunu karakterize eden kuantum sayısı olan spin değeridir.
Başka bir deyişle, tek bir parçacığın spini bir tamsayı tarafından belirlenirse, önünüzde bir bozon ve yarım tamsayı ise bir fermiyon olur.
Bu yıl, araştırmacılar üçüncü bir parçacık krallığının varlığının ilk işaretlerini keşfettiler – davranışları hiçbir bozonunkine benzemeyen anyonlar.
Fermiyon yok.
Anyonların ne olduğunu ve keşiflerinin modern fizik için neden büyük önem taşıdığını size anlatacağız.
Kuantum mekaniğinin yasaları, temel parçacıkların davranışını tanımlar.

Herhangi bir şey nedir?
Evrendeki her son parçacık – kozmik ışınlardan kuarklara – ya bir fermiyon ya da bir bozondur.
Bu kategoriler, evrenin yapı taşlarını iki farklı krallığa ayırır.
Geçen 2020’de, araştırmacılar üçüncü parçacık krallığının varlığının ilk işaretlerini keşfettiler – herhangi bir şey.
İlginçtir ki, anyonlar fermiyon veya bozon gibi davranmaz; bunun yerine davranışları arada bir yere düşer.

2020 yazında Science dergisinde yayınlanan bir makalede fizikçiler, bu parçacıkların fizikçiler tarafından bilinen krallıkların hiçbirine uymadığına dair ilk deneysel kanıtı keşfettiler.
Quanta Magazine ile yaptığı röportajda, Massachusetts Institute of Technology’de Nobel Fizik Ödülü sahibi Frank Wilczek, ” Eskiden bozonlarımız ve fermiyonlarımız vardı, ancak şimdi bu üçüncü parçacık krallığımız var ” dedi.

Temel parçacıkların davranışını tanımlayan kuantum mekaniğinin yasaları, klasik fiziğin bilinen yasalarından çok farklı olduğundan, onları anlamak oldukça zordur.
Bunu yapmak için, araştırmacılar … bir döngü modeli hayal etmeyi öneriyorlar.
Bunun nedeni, anyonlar iç içe geçtiğinde, biri diğerini “sararak” kuantum hallerini değiştirmesidir.
Bilimsel araştırmalar sırasında, bilim adamları herhangi bir iyonun ayrı bir temel parçacıklar sınıfına ait olduğunu kanıtladılar.

Öyleyse, elektronlara benzeyen ayırt edilemez iki parçacığı hayal edin. Birini alın ve ardından başladığı yere dönmesi için diğerinin etrafına sarın. İlk bakışta hiçbir şey değişmemiş gibi görünebilir. Gerçekte, kuantum mekaniğinin matematiksel dilinde, ilk ve son durumları tanımlayan iki dalga fonksiyonu ya eşit olmalı ya da bir birim sapmaya sahip olmalıdır. (Kuantum mekaniğinde, gözlemlediğiniz şeyin olasılığını dalga fonksiyonunun karesini alarak hesaplarsınız, böylece katsayı – 1 – yıkanır.)

Parçacığın dalga fonksiyonları aynıysa, bozonlarınız vardır. Ve eğer 1 faktör saparlarsa, o zaman fermiyonlara bakarsınız. Yeni çalışmanın sonucu tamamen matematiksel bir alıştırma gibi görünse de, modern fizik için ciddi etkileri var.

Üç temel parçacık krallığı
Araştırmacılar ayrıca, fermiyonların hiçbir zaman aynı kuantum durumunu işgal etmedikleri için parçacık dünyasının antisosyal üyeleri olduğunu da not ediyorlar.
Bu nedenle, fermiyon sınıfına ait elektronlar, atomun kendi etrafında çeşitli atomik kabuklara düşer. Bu basit fenomenden atomdaki boşluğun çoğu ortaya çıkar – periyodik tablonun ve tüm kimyanın inanılmaz çeşitliliği.

Öte yandan bozonlar, aynı kuantum halini birleştirme ve paylaşma konusunda mutlu bir yeteneğe sahip sürü parçacıklarıdır. Böylelikle bozon olarak sınıflandırılan fotonlar birbirlerinin içinden geçerek ışık ışınlarının dağılmak yerine engelsiz hareket etmesini sağlar.
Higgs bozonu, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı CERN’deki protonlar arasındaki çarpışmalardan kaynaklanan bir olaydır. Merkezde çarpışma üzerine, parçacık iki foton halinde bozunur (kesikli sarı ve yeşil çizgiler)

Ama bir kuantum parçacığı diğerinin etrafında döndürürseniz ne olur? Orijinal kuantum durumuna geri dönecek mi? Bunun olup olmayacağını anlamak için, topolojide kısa bir kursa , şekillerin matematiksel çalışmasına girmeniz gerekir . Herhangi bir ek işlem (yapıştırma veya ayırma) olmaksızın biri diğerine dönüştürülebiliyorsa, iki formun topolojik olarak eşdeğer olduğu düşünülmektedir.
Bir çörek ve bir kahve fincanı, eski bir deyişe göre, topolojik olarak eşdeğerdir çünkü biri pürüzsüz ve sürekli olarak diğerine şekil verilebilir.

Bir parçacığı diğerinin etrafında döndürdüğümüzde yaptığımız döngüyü düşünün. Üç boyutta, bu döngü bir noktaya kadar sıkıştırılabilir. Topolojik olarak, parçacık hiç hareket etmemiş gibi görünüyor. Bununla birlikte, iki boyutta döngü çökemez; başka bir parçacığa sıkışır. Bu, işlemdeki döngüyü sıkıştıramayacağınız anlamına gelir. Sadece iki boyutta bulunan bu sınırlamadan dolayı, bir parçacığın diğerinin etrafındaki döngüsü, parçacığın aynı yerde bulunmasına eşdeğer değildir. Evet, başım dönüyor.
Bu nedenle fizikçiler üçüncü bir sınıf parçacığa ihtiyaç duydu – anyonlar. Dalga fonksiyonları, fermiyonları ve bozonları tanımlayan iki çözümle sınırlı değildir ve bu parçacıklar da değildir.

Paris’teki Sorbonne Üniversitesi’nde fizikçi olan Gwendal Feuve bilimsel çalışmasının yazarlarından biri, “Topolojik argüman, anyonların varlığının ilk işaretiydi” diyor. Elektronlar iki boyutta hareket halinde sınırlandırıldığında, güçlü bir manyetik alana maruz kaldıklarında neredeyse mutlak sıfıra soğurlar.
Araştırmacılar, anyonların varlığını kanıtlamak için laboratuvarda küçük bir hadron çarpıştırıcısı yaptılar.

1980’lerin başlarında, fizikçiler bu koşulları ilk olarak, elektronların bir elektron yükünün bir kısmına sahip olan sözde kuasipartiküller oluşturmak için bir araya geldiği “kesirli kuantum Hall etkisini” gözlemlemek için kullandılar. 1984’te, Frank Wilczek, Daniel Arovas ve John Robert Schrieffer tarafından yazılan ufuk açıcı iki sayfalık bir makalede, bu parçacıkların herhangi bir şey olabileceği gösterildi.
Ancak bilim adamları, bu tür kuasipartikül davranışlarını hiç gözlemlemediler, bu da anyonların fermiyonlara veya bozonlara benzemediğini kanıtlayamadıkları anlamına geliyor.

Yeni araştırmanın devrim niteliğinde olmasının nedeni budur – fizik sonunda herhangi bir iyonun bozonların ve fermiyonların davranışları arasında bir haç gibi davrandığını kanıtlamayı başardı. İlginç bir şekilde, 2016’da üç fizikçi, iki boyutta küçük bir hadron çarpıştırıcısına benzeyen deneysel bir düzenek tanımladı.
Fev ve meslektaşları, çarpıştırıcıdaki mevcut dalgalanmaları ölçmek için benzer bir şey yaptılar.

Anyonların davranışlarının tam olarak teorik tahminlere karşılık geldiğini gösterebildiler. Genel olarak, bilimsel çalışmanın yazarları, karışık olanların kuantum bilgisayarların yaratılmasında önemli bir rol oynayabileceğini umuyorlar.

https: //hi-news.ru/eto-interes …

By Aydınlık Luminous

Bilim kurgu Araştırma Güncel yaşam Tarih Gelecek Ekonomi Science fiction Research Current life History Future Economy