Вважалося неможливим: фізики з'ясували, що існують дуже дивні елементарні частинки

Усі фундаментальні елементарні частинки у Всесвіті поділяються на дві групи: ферміони і бозони. Давня теорія передбачає існування третьої групи — парачастинок. Фізики вже відкинули цю теорію, адже дійшли висновку, що такі частинки не можуть існувати. Автори нового дослідження, опублікованого в журналі Nаture, навпаки дійшли висновку, що парачастинки все ж існують, але їх ще належить виявити, пише New Scientist.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Фундаментальні частинки ферміони та бозони — у чому різниця?

Теорія про те, що у Всесвіті може існувати крім бозонів і ферміонів ще одна група частинок під назвою парачастинки, виникла ще в середині минулого століття. Для початку важливо розуміти, що різниця між ферміонами і бозонами полягає в тому, як дві частинки в одній групі міняються місцями. Наприклад, обмін бозонами, такими як фотони, не змінює їхню квантову хвильову функцію. Це повний математичний опис властивостей частинок у квантовій механіці. Водночас обмін ферміонами, такими як електрони, змінює їхню квантову хвильову функцію і робить її негативною. Це означає, що нескінченне число бозонів може займати один і той самий простір. Але ферміони завжди повинні бути розділені в просторі.

Неможливі частинки

Складніша модель обміну частинками, запропонована в середині минулого століття фізиком Гербертом Гріном, під назвою парастатика, припускала, що квантова хвильова функція може бути змінена зовсім іншими способами, ніж у ферміонів і бозонів. Тому вчений припустив, що існують парачастинки у вигляді парабозонів і параферміонів.

Виходячи з теорії парачастинок, тільки певна кількість частинок може існувати в одному і тому самому квантовому стані, а не тільки одна або нескінченна безліч. Пізніше фізики ретельно вивчили цю теорію і дійшли висновку, що парачастинки не поводитимуться інакше, ніж фермайони і бозони, а отже, їхнє існування неможливе.

Парачастинки існують, але є проблема

Автори нового дослідження дійшли висновку, що парачастинки насправді можуть фізично існувати, а фізики наполягають на тому, що, окрім феріонів і бозонів, існує ще одна група елементарних частинок. Фізики придумали новий математичний опис парачастинок, який містив суворіші правила, ніж попередні визначення. Після цього фізики показали, що існують певні квантові системи, в яких парачастинки мають виникати у вигляді коливань і таким чином їхнє фізичне існування може бути підтверджене спостереженнями.

У цього дослідження є кілька проблем. Фізики поки що тільки показали, що парачастинки можуть існувати тільки в одному або двох вимірах, але не можна виключати їхнє існування в трьох вимірах. Ще одна проблема полягає в тому, що парачастинки, про які говорять учені, насправді технічно є квазічастинками. Тобто вони не є фундаментальними частинками, такими як електрони або фотони. Замість цього ці квазічастинки являють собою колективні коливання, які діють так, як якщо б вони були частинками.

Водночас фізики вважають, що парачастинки можуть існувати як фундаментальні частинки, бо математика цього не виключає, але поки що незрозуміло, де або яким чином вони можуть з'явитися. І все ж автори дослідження вважають, що парачастинки можна виявити. Хоча також незрозуміло, яке практичне застосування можуть мати ці частинки, якщо будуть виявлені.

Як уже писав Фокус, учені з'ясували, що найяскравіший космічний вибух в історії приховує частинку темної матерії. Дослідження припускає, що астрономи не змогли б побачити найпотужніший викид гамма-випромінювання в історії, якби не втрутилися гіпотетичні частинки аксіони.

Також Фокус писав про те, що фізики вперше виявили існування всередині протона квантового явища, яке Ейнштейн називав моторошною дією на відстані.