Вперше виявлено нові квантові частинки, які кидають виклик нашим уявленням про квантову фізику.

Фізики вперше виявили новий тип квантових частинок з несподіваними властивостями, які відповідно до теорії відомі як дробні екситони. Про те, що ці частинки існують, вчені припускали давно, але жодного разу їх не вдавалося виявити. За словами фізиків, дробні екситони кидають виклик традиційному розумінню квантової механіки і можуть допомогти в створенні нових квантових комп'ютерів та інших квантових технологій. Дослідження опубліковано в журналі Nature, пише Interesting Engineering.

У квантовій механіці екситон — це частинка, створена комбінацією електрона та електронної дірки (квазічастинка, носій позитивного заряду), до якої він притягується. Екситони не несуть заряду, тому їх важко виявити. Але дробні екситони виявити ще складніше, кажуть фізики.

Вчені використали дробний квантовий ефект Холла для виявлення нових квантових частинок. Згідно з звичайним квантовим ефектом Холла, коли електричний струм подається на матеріал, поміщений в магнітне поле, він створює бокове напруження. Це явище відбувається при надзвичайно низьких температурах і сильних магнітних полях, причому збільшення напруження відбувається чіткими, окремими стрибками. У дробному квантовому ефекті Холла стрибки відбуваються в дробних кількостях. Фізики використали ці знання, щоб виявити дробні екситони.

З двох шарів графену фізики створили двовимірний наноматеріал, розділений шаром ізолюючого нітриду бору. Це допомогло контролювати електричні заряди та створити екситони в експериментальній установці. Потім фізики піддали наноматеріал впливу надзвичайно сильних магнітних полів і побачили потік дробних екситонів.

Усі елементарні частинки ділять на два класи: бозони і ферміони. Бозони можуть перебувати одночасно в одному й тому ж квантовому стані, а ферміони – ні. Як показало дослідження, дробні екситони мають поведінку, яка характерна і для бозонів, і для ферміонів.

За словами фізиків, несподівані властивості дробних екситонів свідчать про те, що вони належать до абсолютно нового класу частинок з унікальними квантовими властивостями.

Фізики вважають, що нові квантові частинки можуть допомогти в покращенні способів обробки інформації на квантовому рівні, а отже, дозволять створити ще кращі квантові комп'ютери. Також дробні екситони можна використовувати для вдосконалення інших квантових технологій.