Yeni Matematik 'İmkansız' Üçüncü Tür Parçacığın Var Olabileceğini Gösteriyor

Şimdi ABD'deki Rice Üniversitesi'nden fizikçiler, en azından matematiksel olarak üçüncü bir türün mümkün olabileceğini keşfettiler. Paraparçacıklar olarak bilinen bu parçacıkların davranışları, daha önce kimsenin düşünmediği temel parçacıkların varlığına işaret ediyor olabilir.

Ortak yazar Zhiyuan Wang ile birlikte fermiyon ya da bozon olmayan nesnelerin bilinen yasaları çiğnemeden fiziksel gerçeklikte nasıl var olabileceğini göstermek için bir teori formüle eden Kaden Hazzard, “Daha önce hiç bilmediğimiz yeni parçacık türlerinin mümkün olduğunu belirledik” diyor.

Fermiyonlar, elektronlar ve kuarklar gibi atomları 'inşa eden' temel parçacıkları kapsar. Daha kesin bir ifadeyle, aynı kuantum durumlarını işgal etmelerini engelleyen bir özelliğe sahiptirler, bu da etkili bir şekilde iki eşleşen fermiyonun aynı alanı dolduramamasını sağlar.

Hazzard, “Bu davranış periyodik tablonun tüm yapısından sorumludur” diyor. “Oturduğunuzda sandalyenizin içinden geçip gitmemenizin nedeni de budur.”

Bozonlar, koridordaki hayaletler gibi birbirlerinin içinden geçmelerini sağlayan bu özelliğin farklı bir ölçüsüyle tanımlanır.

Tipik olarak fotonlar ve gluonlar gibi kuvvet taşıyıcıları olarak hareket eden bozonlar, fermiyonları protonlardan kirpilere, patateslerden gezegenlere kadar her şeye iten ve çeken şekillerde etkileşimlere aracılık ederler.

Bu katı kuantum durum ayrımı kuralının dikkate değer bir istisnası vardır. Sadece iki boyutla sınırlandırılan bazı malzemeler, fermiyon ve bozonlardan beklenen istatistiksel yasaları çiğneyerek kuantum durumlarının benzersiz bir şekilde yer değiştirmesine izin veren parçacık benzeri bir davranışa yol açabilir.

Anyonlar olarak bilinen bu teknik boşluklar Evrenimizin üç boyutlu uzayına uzanamaz ve bu nedenle henüz keşfetmediğimiz herhangi bir iyi niyetli temel parçacık tarafından temsil edilmeleri olası değildir. Kuantum donanımında yeni bir reyondan ziyade, ön tezgahtan alabileceğiniz yeni bir anahtarlık gibidirler.

Yine de bu durum teorik fizikçileri, parastatistik adı verilen bir alanda faaliyet göstererek neyin hayatta kaldığını görmek için varsayımsal parçacıkların kuantum tanımlarıyla uğraşmaktan asla alıkoymadı. Tamamen matematiksel bir ifade eylemi olsa da, bunu yapmak fermiyonların ve bozonların gerçekten var olup olmadığı ve eğer öyleyse neden böyle olduğu hakkında daha derin gerçekleri ortaya çıkarabilir.

Parastatistik, 20. yüzyılın başlarından ortalarına kadar, fermiyon ya da bozon kutularına giremeyen herhangi bir şey bulmakta başarısız olmuştur. Aslında, kuantum teorileri zaman içinde geliştikçe, parastatistik yoluyla geliştirilen herhangi bir teorinin sadece fermiyon ve bozonların bulunduğu bir evrenden ayırt edilemeyeceği giderek daha açık hale geldi.

Wang ve Hazzard bu görüşe katılmamak için bir neden bulduklarını düşünüyorlar. Önceki yöntemlerden farklı olarak ikinci bir kuantizasyon adımı getirerek, malzemelerdeki kolektif davranışların, üç boyutlu bir evrende köşeleri dönerken bile bir şekilde anyonlar gibi hareket eden parçacıklara yol açabileceğini gösterdiler.

Bu kavram, yepyeni bir parçacık sınıfına giden yolun haritasını çıkarmakta yetersiz kalıyor ve sadece bu olasılığı henüz kapatmak istemeyebileceğimizi gösteriyor.

Wang, “Paraparçacıkları deneylerde gerçekleştirmek için daha gerçekçi teorik önerilere ihtiyacımız var” diyor.

Yine de kuantum fiziğinin Standart Model donanımının henüz genel görelilik için bir şey stoklamadığını ve karanlık madde tuğlalarına ya da karanlık enerjinin aynı derecede gizemli kaynaklarına yer olmadığını bilerek, genişleme planlarına sahip olmak faydalı olacaktır.

Bu yazı SCIENCEALERT’ de yayınlanmıştır.