尋找了40年之後,物理學家終於找到任意子存在的確切證據

2020-12-04 消防工程師獨門口訣

40年前,物理學界家就預測了任意子(anyons)的存在。但知道最近,物理學家才宣布找到了任意子存在的第一個確切證據。

任意子不是基本粒子,而是準粒子的一種。任意子的發現,意味著任意子作為未來量子計算機基礎的探索,前進了一大步。

基本粒子都屬於兩種類型的粒子家庭——費米子和玻色子。但任意子既不屬於費米子,也不屬於玻色子。

費米子(比如電子)的定義性質是費米統計,即當兩個相同的費米子切換空間位置時,它們的量子力學波函數旋轉180度。當玻色子交換位置時,它們的波函數不變。

但任意子在切換兩個正弦時,會產生一個中間角度的旋轉,這種效應稱為分數統計。準粒子在切換位置時的異常行為意味著,如果一個粒子繞另一個粒子繞一個完整的圓周運動(相當於兩個粒子切換位置兩次),它將在其量子狀態下保留該運動的記憶。

物理學家製造了一個砷化鎵和砷化鋁鎵構成的薄層結構。這個結構將電子限制在二維方向上移動。然後,科學家將其冷卻到比絕對零度高出千分之一度的溫度上,並添加了一個強磁場,從而產生了「分數量子霍爾效應」的絕緣子狀態。

這種狀態有兩大特性:一,電子可以沿二維設備邊緣運行;二,絕緣子可以容納帶電荷的準粒子,該電荷不是電子電荷的倍數,而是電荷的三分之一。

為了證明它們確實存在,該團隊蝕刻了該設備,以便它可以將電流從一個電極沿著兩個可能的邊緣路徑傳輸到另一個電極。由於任意子移動有兩條可能路徑,而每條路徑都會在其量子力學波函數中產生不同的扭曲,所以當任意子到達終點時,它們的量子力學波會產生一種稱為睡衣條紋的幹涉圖案。

該工作可能為應用任意子奠定基礎,特別是將任意子用作量子計算機的基礎平臺。

相關焦點

  • 物理學家證明存在二維粒子,稱為「任意子」
    經過幾十年的自然界最小探索,物理學家終於找到了存在任何論點的證據。這些類粒子的物體最初是由理論家在1980年代初期預測的,僅在二維範圍內出現,然後僅在某些情況下出現-例如在接近絕對零的溫度和強磁場的存在下。 物理學家對任何事情都感到興奮,這不僅是因為他們的發現證實了數十年的理論工作,而且是出於實際原因。例如:Anyons是Microsoft努力構建可運行的量子計算機的核心。
  • 再添證據!古怪精靈任意子存在爆實錘!這次看到幹涉條紋
    此前法國的研究團隊在微型二維粒子對撞機中發現了任意子存在的跡象,這一神奇的準粒子的發現相當於發現一種新的物質態,即拓撲物態,對凝聚態物理和量子材料有著深遠意義。最近,來自普渡大學的研究團隊發現測量拓撲材料邊界的幹涉現象,被認為可用任意子交換統計來解釋,為任意子的存在再添了有力證據。
  • 實驗證實任意子存在,或為費米子玻色子外另一基本粒子
    彩色掃描電子顯微鏡捕捉到了一臺任意子對撞機的碰撞證據,證明任意子存在。準粒子沿著由電極(黃色)確定的路徑移動。兩個任意子(圖示藍色球體)在中間碰撞,並分別從旁邊退出。- M.但理論物理學家預測,在二維空間,還有另一種可能:任意子。現在,科學家們有了新的證據,證明任意子存在,並且它們的行為與任何已知的粒子都不一樣。物理學家在4月10日的《Science》雜誌上報導說,研究人員使用一個小型的「對撞機」,讓兩個疑似的任意子相互碰撞,來研究確認其粒子身份。所有已知的基本粒子都可以分為費米子和玻色子。
  • 窺見物理學家大腦中的「精靈」 什麼是任意子?
    「多年來,人們一直認為自然界中只存在費米和玻色兩種量子統計。但有人對此提出了疑義,認為可能存在介於玻色子和費米子之間的新的全同粒子,這種粒子一般被稱為『任意子』,它所遵循的統計規則叫分數統計」,陳宇翱說,最早指出這種新的量子統計可能存在的,是兩位挪威物理學家。
  • 在微型粒子對撞機中尋找任意子+文小剛答疑
    日前,一個法國研究團隊使用微型二維粒子對撞機,在實驗中找到了分數統計的跡象。任意子實驗原理圖 圖片來源:DOI: 10.1126/science.aaz5601最終實驗結果明確地顯示,實際碰撞過程中的粒子表現的既不像費米子也不像玻色子,而是符合此前理論物理學家所預言的一種任意子的行為。被理論研究者幾十年前所預言的任意子和分數統計,終於在實驗中發現了他們的跡象。
  • 金星上存在生命?磷化氫並非生命存在的確切證據
    2015年2月,東亞天文臺正式接管JCMT的科學運行與管理。中國科學院大科學中心是東亞天文臺的四個核心成員之一。「金星大氣中磷化氫的發現是中國科學院參與管理運行的海外設備的重大科學成果。」李菂說。並非生命存在的確切證據一石激起千層浪,從科學家到普通民眾都為之興奮。
  • 科學家首次在鐵基超導體中發現馬約拉納任意子
    1937年,義大利理論物理學家Ettore Majorana預言了自旋為1/2的中性費米子,其反粒子是它本身,並認為是一種基本粒子。之後人們把這種神奇的粒子稱為馬約拉納費米子,並猜測構成物質世界的基本粒子中的中微子有可能是馬約拉納費米子,但目前尚未得到實驗上的證實。馬約拉納費米子不帶電荷,理論上認為馬約拉納費米子是由粒子及其反粒子構成。近年來,理論研究表明在凝聚態物質中也可能存在遵守馬約拉納性質的準粒子,被稱為「固體宇宙」中的馬約拉納費米子。
  • 2020年,十大物理學突破
    看到了介於費米子和玻色子之間的聚集行為首次在實驗室中找到了任意子存在的直接證據9月,另一個研究團隊在《自然》發表的新研究發現了任意子存在的最有力證據「金剛石壓砧」的裝置找到了能夠金屬氫存在的最有力證據現在,格拉斯哥大學的研究人員終於找到了一種方法
  • 2020年,十大物理學突破
    未來,當置信水平超過99.9999%,物理學家就能最終確認這一發現,我們正越來越接近揭開我們的存在之謎。二、任意子的最佳證據 除了這兩類粒子外,上個世紀八十年代初,物理學家預言在二維世界中或許還存在著第三類粒子——任意子。任意子介於費米子和玻色子之間,它們既不會完全避開對方,也不會完全聚集起來,它們攜帶的電荷可以是比單電子少的分數。
  • 2020年,十大物理學突破-虎嗅網
    未來,當置信水平超過99.9999%,物理學家就能最終確認這一發現,我們正越來越接近揭開我們的存在之謎。二、任意子的最佳證據 除了這兩類粒子外,上個世紀八十年代初,物理學家預言在二維世界中或許還存在著第三類粒子——任意子。任意子介於費米子和玻色子之間,它們既不會完全避開對方,也不會完全聚集起來,它們攜帶的電荷可以是比單電子少的分數。
  • 科學家終於找到了夸克星的證據
    在過去的40年中,確認中子星內部存在夸克核心一直是中子星物理最重要的目標之一圖片:Jyrki Hokkanen, CSC - IT Center for Science在過去的40年中,科學家一直在探索是否存在夸克星或者中子星內部存在夸克核心。終於,芬蘭科學家找到了有力的證據,證明了最大的中子星核心中存在奇異的夸克物質。
  • 只聽過機器貓的任意門,中國科學家「看」到的任意子是什麼?
    「多年來,人們一直認為自然界中只存在費米和玻色兩種量子統計。但有人對此提出了疑義,認為可能存在介於玻色子和費米子之間的新的全同粒子,這種粒子一般被稱為『任意子』,它所遵循的統計規則叫分數統計」,陳宇翱說,最早指出這種新的量子統計可能存在的,是兩位挪威物理學家。
  • 改寫基本粒子分類:第三類粒子存在的首個實驗證據出現了
    而現在,科學家發現了第三類粒子——任意子的存在證據,這種粒子不會完全疏離,但聚集程度又遠低於玻色子。 這個新成員就是任意子。之所以能這樣劃分,是因為任意子既不像費米子也不像玻色子,它處在一種中間態。最近發表在《科學》雜誌上的一篇論文中,物理學家首次獲得了實驗證據,證明任意子不能被歸類進另兩個粒子王國中。
  • 物理學被改寫,科學家發現了第三類粒子——任意子!
    物理學家首次獲得了實驗證據,證明任意子不能被歸類進另兩個粒子王國中。它既不像費米子也不像玻色子,而處在一種中間態。如果一個量子粒子繞著另一個量子粒子轉,而沒有回到相同的量子狀態,會發生什麼呢?因此「什麼事情都可能發生」,這個二維粒子被稱作任意子。任意子的波函數不局限在定義了費米子和玻色子的兩個解上,因此這些粒子既不屬於這兩個解,也不屬於這兩個解之間的任何東西。2016年,三位物理學家描述了一個實驗裝置,該裝置在二維上類似一個微型粒子對撞機。
  • 科學家首次在超導塊體材料中發現馬約拉納任意子 對未來量子計算機...
    1937年義大利理論物理學家預言,宇宙中存在自旋為1/2的中性費米子,其反粒子是它本身,人們把這種神奇的粒子稱為馬約拉納費米子。作為理論假想粒子,馬約拉納費米子目前還未在真實宇宙中發現。近年來的理論研究表明,在凝聚態物質中可能存在遵守馬約拉納性質(滿足馬約拉納費米子運動方程)的準粒子,這些準粒子可看作宇宙中真實粒子在固體中的影子。
  • 新粒子「任意子」的發現呈現出一個新的粒子世界,物理學的裡程碑
    任意子,正如我們所知,即不像費米子也不像玻色子。相反,他們的行為介於兩者之間。在最近發表在《科學》雜誌上的一篇論文中,物理學家發現了第一個實驗證據,證明這些粒子不屬於任何一個王國。」我們有玻色子和費米子,現在我們有了第三個王國,」諾貝爾獎得主、麻省理工學院物理學家弗蘭克·維爾切克說。「這絕對是一個裡程碑。」什麼是任意子?
  • 外星人存在的證據找到了!
    根據外媒報導,日前,「全球匿名者」(Anonymous Global)發布視頻稱,美國國家航空航天局(NASA)即將公開外星人存在的證據。該消息被英國《獨立報》等媒體跟進報導後在社交網絡擴散,引發廣泛關注。但NASA科學任務局副局長託馬斯·楚比興26日對此予以否認。「全球匿名者」發布視頻,宣稱NASA將公布外星人存在證據。
  • 經過40年的持續探索,科學家終於在中子星中發現了夸克核
    在過去的40年中,確認中子星內部存在夸克核心一直是中子星物理最重要的目標之一。圖片:Jyrki Hokkanen, CSC - IT Center for Science在過去的40年中,科學家一直在探索是否存在夸克星或者中子星內部存在夸克核心。終於,芬蘭科學家找到了有力的證據,證明了最大的中子星核心中存在奇異的夸克物質。