Впервые выявлены новые квантовые частицы, ставящие под сомнение наши представления о квантовой физике.

Физики впервые идентифицировали новый тип квантовых частиц с неожиданными характеристиками, которые согласно теории называются дробными экситонами. Ученые давно предполагали существование этих частиц, но до сих пор их не удавалось обнаружить. По словам исследователей, дробные экситоны ставят под сомнение традиционное понимание квантовой механики и могут стать основой для разработки новых квантовых компьютеров и других квантовых технологий. Исследование опубликовано в журнале Nature, сообщает Interesting Engineering.

В контексте квантовой механики экситон представляет собой частицу, образованную комбинацией электрона и электронной дырки (квазичастицы, обладающей положительным зарядом), к которой он притягивается. Экситоны не имеют заряда, что затрудняет их обнаружение. Однако дробные экситоны выявить еще сложнее, утверждают физики.

Ученые применили дробный квантовый эффект Холла для выявления новых квантовых частиц. В соответствии с обычным квантовым эффектом Холла, когда электрический ток подается на материал в магнитном поле, возникает боковое напряжение. Это явление наблюдается при очень низких температурах и сильных магнитных полях, при этом увеличение напряжения происходит резкими, отдельными скачками. В дробном квантовом эффекте Холла скачки происходят в дробных величинах. Физики использовали эти данные для обнаружения дробных экситонов.

Из двух слоев графена ученые создали двухмерный наноматериал, разделенный слоем изолирующего нитрида бора. Это позволило контролировать электрические заряды и создать экситоны в экспериментальной установке. Затем физики подвергли наноматериал воздействию чрезвычайно сильных магнитных полей и зафиксировали поток дробных экситонов.

Все элементарные частицы подразделяются на два класса: бозоны и фермионы. Бозоны могут находиться в одном и том же квантовом состоянии одновременно, тогда как фермионы – нет. Исследование показало, что дробные экситоны демонстрируют поведение, характерное как для бозонов, так и для фермионов.

По словам физиков, неожиданные свойства дробных экситонов свидетельствуют о том, что они принадлежат к совершенно новому классу частиц с уникальными квантовыми свойствами.

Физики полагают, что новые квантовые частицы могут способствовать улучшению методов обработки информации на квантовом уровне, что позволит создать еще более совершенные квантовые компьютеры. Кроме того, дробные экситоны могут быть использованы для совершенствования других квантовых технологий.