Учёные из Университета Брауна в штате Род-Айленд (США) сделали важное открытие в области квантовой физики, подтвердив существование нового типа квантовых частиц – «дробных экситонов». Это открытие может значительно расширить наше понимание законов, управляющих субатомным миром.
Экситоны – это связанные состояния электронов и «дырок» (отсутствия электронов), которые обычно состоят из целочисленных зарядов. Однако в двухслойных системах, подверженных дроблению заряда, может возникнуть более интересная форма межслойного экситона, в которой спаривание происходит между составляющими с дробными зарядами.
Для своих экспериментов исследователи создали структуру из двух тонких слоёв графена, разделённых изолирующим кристаллом нитрида бора. Эта конфигурация позволила им тщательно контролировать движение электрических зарядов и генерировать экситоны. Затем систему подвергли воздействию чрезвычайно сильных магнитных полей, в миллионы раз превышающих магнитное поле Земли.
Обнаруженные дробные экситоны проявили необычный набор свойств, не вписывающийся чётко ни в одну из двух основных категорий элементарных частиц – бозоны или фермионы. Хотя они имели ожидаемые дробные заряды, их поведение показало тенденции как бозонов, так и фермионов, действуя почти как гибрид двух типов.
Джиа Ли, ведущий автор исследования, опубликованного в журнале «Nature», отмечает: «Наши находки указывают на совершенно новый класс квантовых частиц, которые не имеют общего заряда, но следуют уникальной квантовой статистике. Самое захватывающее то, что это открытие открывает множество новых квантовых фаз материи, представляя новые рубежи для будущих исследований, углубляя наше понимание фундаментальной физики и даже открывая новые возможности в квантовых вычислениях».
Существование этого нового класса частиц может в будущем помочь улучшить способы хранения и манипулирования информацией на квантовом уровне, что приведёт к созданию более быстрых и надёжных квантовых компьютеров.
Это открытие подчёркивает сложность квантовой механики и открывает новые горизонты для исследований в области физики элементарных частиц и квантовых технологий.
Полный текст исследования опубликован в журнале Nature в январе 2025-го года. @everydayint
