科学家视察到任意子存在证据
科学家视察到任意子存在证据
“ 睡衣条纹”过问干与图样 图片来历：James Nakamura and Michael Manfra
物理学家大概发明白第一个无可争议的证据，证明一种40多年前提出的不寻常准粒子——任意子的存在。任意子是一个不绝增长的准粒子现象家属的最新一员，它不是根基粒子，而是固体器件中很多电子的集团引发态。这一发明，大概为任意子将来在量子计较机上的应用打下基本。
“这看起来确实是一件大事。”英国牛津大学理论物理学家Steven Simon说。该成就尚未颠末同行评议，克日宣布在论文预印本网站arXiv上。
已知的准粒子表示出一系列怪异的行为。譬喻，磁单极子准粒子只有一个磁极，不像普通磁体有北极和南极；另一个例子是马约拉纳准粒子，它们是本身的反粒子。
任意子更是奇特。所有根基粒子都属于两种大概的范例：费米子和玻色子，但任意子都不是。当两个沟通的费米子互换空间位置时，它们的量子力学波会旋转180度。当玻色子互换位置时，它们的波不会改变。切换两个任意子会发生某其中间角度的旋转，这是一种被称为分数统计的效应。这种效应不会产生在三维空间中，而只能在二维空间中以电子的集团举动状态形式呈现。
当两个任意子切换了两次位置时，它将在量子状态下保存对该举动的影象。这种影象是科学家一直在寻找的分数统计特性的明明迹象之一。
分数统计是任意子的界说属性，美国普渡大学尝试物理学家Michael Manfra率领的团队在最新研究中第一次明晰丈量到它。
Manfra团队制造了一种由砷化镓和砷化铝镓薄层组成的布局。该布范围制了电子在二维偏向上的移动，同时屏蔽了装置其他部门杂散电荷的影响。然后，研究人员将其冷却到比绝对零度高万分之一，并插手了强磁场，从而发生了一种被称为 “分数量子霍尔”（FQH）绝缘体的物质状态，这种状态具有非凡性，即电流不能在二维装置内部运行，但能沿着其边沿活动。FQH绝缘体可以容纳准粒子，这些准粒子的电荷不是电子电荷的倍数，而是1/3，这些准粒子一直被猜疑是任意子。
为了证明它们确实是任意子，该团队对该装置举办了蚀刻，使电流可以或许沿着两种大概的边沿路径从一个电极向另一个电极传输。研究人员通过改变磁场和增加电场来改变条件。因为移动的任意子有两种大概的路径，每种路径城市在其量子力学波中发生差异的扭曲，当任意子达到终点时，它们的量子力学波会发生一种被称为“睡衣条纹”的过问干与图样。
这种图样显示了两条路径之间的相对旋转量是如何跟着电压和磁场强度变革而变革的。但过问干与也显示出跳跃，这是任意子在大部门质料中呈现或消失简直凿证据。
“据我所知，这是对任意子的一个很是靠得住的调查——直接调查它们的界说属性：当一个任意子环绕另一个任意子举动时，它们就会积聚一个分数相。”Simon说。
但一些理论物理学家认为，尝试中的证据虽引人注目，但并不是抉择性的。“在许多环境下，有几种表明尝试的要领。”德国莱比锡大学物理学家Bernd Rosenow说，假如获得证实，Manfra团队陈诉的证据将是明晰的。
相关论文信息：https://arxiv.org/abs/2006.14115
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