Уперше виявлено нові квантові частинки: кидають виклик розумінню квантової фізики

Фізики вперше виявили новий тип квантових частинок з несподіваними властивостями, які відомі, згідно з теорією, як дробові екситони. Про те, що ці частинки існують, вчені припускали давно, але ще ніколи не вдавалося їх виявити. За словами фізиків, дробові екситони кидають виклик традиційному розумінню квантової механіки і можуть допомогти у створенні нових квантових комп'ютерів та інших квантових технологій. Дослідження опубліковано в журналі Nature, пише Interesting Engineering.

У квантовій механіці екситон — це частинка, створена комбінацією електрона та електронної дірки (квазічастинка, носій позитивного заряду), до якої він притягується. Екситони не несуть заряду, тому їх складно виявити. Але дробові екситони виявити ще складніше, кажуть фізики.

Вчені використовували дробовий квантовий ефект Холла для виявлення нових квантових частинок. Згідно зі звичайним квантовим ефектом Холла, коли електричний струм подається на матеріал, поміщений у магнітне поле, він створює бічну напругу. Це явище відбувається за надзвичайно низьких температур і сильних магнітних полів, причому збільшення напруги відбувається чіткими, окремими стрибками. У дробовому квантовому ефекті Холла стрибки відбуваються в дробових кількостях. Фізики використовували ці знання, щоб виявити дробові екситони.

З двох шарів графену фізики створили двомірний наноматеріал, розділений шаром ізолюючого нітриду бору. Це допомогло контролювати електричні заряди і створити екситони в експериментальній установці. Потім фізики піддали наноматеріал впливу надзвичайно сильних магнітних полів і побачили потік дробових екситонів.

Усі елементарні частинки ділять на два класи: бозони і ферміони. Бозони можуть перебувати одночасно в одному й тому ж квантовому стані, а ферміони — ні. Як показало дослідження, дробові екситони мають поведінку, яка характерна і для бозонів, і для ферміонів.

За словами фізиків, несподівані властивості дробових екситонів наказують, що вони належать до абсолютно нового класу частинок з унікальними квантовими властивостями.

Фізики вважають, що нові квантові частинки можуть допомогти в поліпшенні способів обробки інформації на квантовому рівні, а отже дадуть змогу створити ще кращі квантові комп'ютери. Також дробові екситони можна використовувати для вдосконалення інших квантових технологій.