Считалось невозможным: физики выяснили, что существуют очень странные элементарные частицы

Все фундаментальные элементарные частицы во Вселенной делятся на две группы: фермионы и бозоны. Давняя теория предполагает существование третьей группы — парачастиц. Физики уже отвергли данную теорию, ведь пришли к выводу, что такие частицы не могут существовать. Авторы нового исследования, опубликованного в журнале Nаture, наоборот пришли к выводу, что парачастицы все же существуют, но их еще предстоит обнаружить, пишет New Scientist.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Фундаментальные частицы фермионы и бозоны — в чем разница?

Теория о том, что во Вселенной может существовать кроме бозонов и фермионов еще одна группа частиц под названием парачастицы, возникла еще в середине прошлого века. Для начала важно понимать, что разница между фермионами и бозонами состоит в том, как две частицы в одной группе меняются местами. Например, обмен бозонами, такими как фотоны, не меняет их квантовую волновую функцию. Это полное математическое описание свойств частиц в квантовой механике. В то же время обмен фермионами, такими как электроны, меняют их квантовую волновую функцию и делает ее отрицательной. Это означает, что бесконечное число бозонов может занимать одно и то же пространство. Но фермионы всегда должны быть разделены в пространстве.

Невозможные частицы

Более сложная модель обмена частицами, предложенная в середине прошлого века физиком Гербертом Грином, под названием парастатика, предполагала, что квантовая волновая функция может быть изменена совсем другими способами, чем у фермионов и бозонов. Поэтому ученый предположил, что существуют парачастицы в виде парабозонов и парафермионов.

Исходя из теории парачастиц, только определенное количество частиц может существовать в одном и том же квантовом состоянии, а не только одна или бесконечное множество. Позже физики тщательно изучили эту теорию и пришли к выводу, что парачастицы не будут вести себя иначе, чем фермионы и бозоны, а значит их существование невозможно.

Парачастицы существуют, но есть проблема

Авторы нового исследования пришли к выводу, что парачастицы на самом деле могут физически существовать.Физики настаивают на том, что кроме фермионов и бозонов существует еще одна группа элементарных частиц. Физики придумали новое математическое описание парачастиц, которое включало более строгие правила, чем предыдущие определения. После этого физики показали, что существуют определенные квантовые системы, в которых парачастицы должны возникать в виде колебаний и таким образом их физическое существование может быть подтверждено наблюдениями.

У этого исследования есть несколько проблем. Физики пока только показали, что парачастицы могут существовать только в одном или двух измерениях, но нельзя исключать их существование в трех измерениях. Еще одна проблема заключается в том, что парачастицы, о которых говорят ученые, на самом деле технически являются квазичастицами. То есть они не являются фундаментальными частицами, такими как электроны или фотоны. Вместо этого данные квазичастицы представляют собой коллективные колебания, которые действуют так, как если бы они были частицами.

В то же время физики считают, что парачастицы могут существовать как фундаментальные частицы, потому что математика этого не исключает, но пока неясно, где или каким образом они могут появиться. И все же авторы исследования считают, что парачастицы можно обнаружить. Хотя также неясно какое практическое применение могут иметь эти частицы, если будут обнаружены.

Как уже писал Фокус, ученые выяснили, что самый яркий космический взрыв в истории скрывает частицу темной материи. Исследование предполагает, что астрономы не смогли бы увидеть самый мощный выброс гамма-излучения в истории, если бы не вмешались гипотетические частицы аксионы.

Также Фокус писал о том, что физики впервые обнаружили существование внутри протона квантового явления, которое Эйнштейн называл жутким действием на расстоянии.