Впервые обнаружены новые квантовые частицы: бросают вызов пониманию квантовой физики

Физики впервые обнаружили новый тип квантовых частиц с неожиданными свойствами, которые известны согласно теории как дробные экситоны. О том, что эти частицы существуют, ученые предполагали давно, но никогда не удавалось их обнаружить. По словам физиков, дробные экситоны бросают вызов традиционному пониманию квантовой механики и могут помочь в создании новых квантовых компьютеров и других квантовых технологий. Исследование опубликовано в журнале Nature, пишет  Interesting Engineering.

В квантовой механике экситон – это частица, созданная комбинацией электрона и электронной дыры (квазичастица, носитель положительного заряда), к которой он притягивается. Экситоны не несут заряда, потому их сложно обнаружить. Но дробные экситоны обнаружить еще сложнее, говорят физики.

Ученые использовали дробный квантовый эффект Холла для обнаружения новых квантовых частиц. Согласно обычному квантовому эффекту Холла, когда электрический ток подается на материал, помещенный в магнитное поле, он создает боковое напряжение. Это явление происходит при чрезвычайно низких температурах и сильных магнитных полях, причем увеличение напряжения происходит четкими, отдельными скачками. В дробном квантовом эффекте Холла скачки происходят в дробных количествах. Физики использовали эти знания, чтобы выявить дробные экситоны.

Из двух слоев графена физики создали двухмерный наноматериал, разделенный слоем изолирующего нитрида бора. Это помогло контролировать электрические заряды и создать экситоны в экспериментальной установке. Затем физики подвергли наноматериал воздействию сильнейших магнитных полей и увидели поток дробных экситонов.

Все элементарные частицы делят на два класса: бозоны и фермионы. Бозоны могут находиться одновременно в одном и том же квантовом состоянии, а фермионы – нет. Как показало исследование, дробные экситоны имеют поведение, характерное и для бозонов, и для фермионов.

По словам физиков, неожиданные свойства дробных экситонов предписывают, что они относятся к совершенно новому классу частиц с уникальными квантовыми свойствами.

Физики считают, что новые квантовые частицы могут помочь в улучшении способов обработки информации на квантовом уровне, а следовательно, позволят создать еще лучшие квантовые компьютеры. Также дробные экситоны можно использовать для усовершенствования других квантовых технологий.