Scienza

Nuova matematica suggerisce che potrebbe esistere un “impossibile” terzo tipo di particella: ScienceAlert

La meccanica quantistica ha a lungo classificato le particelle in due distinti tipi: fermioni e bosoni. Ora i fisici

Nuova matematica suggerisce che potrebbe esistere un “impossibile” terzo tipo di particella: ScienceAlert

La meccanica quantistica ha a lungo classificato le particelle in due distinti tipi: fermioni e bosoni.

Ora i fisici della Rice University negli Stati Uniti hanno scoperto che un terzo tipo potrebbe essere possibile, almeno dal punto di vista matematico. Conosciuti come paraparticelle, il loro comportamento potrebbe implicare l’esistenza di particelle elementari che nessuno ha mai considerato.

“Abbiamo stabilito che nuovi tipi di particelle che non conoscevamo prima sono possibili”, dice Kaden Hazzard, che con il co-autore Zhiyuan Wang ha formulato una teoria per dimostrare come oggetti che non erano né fermioni né bosoni potessero esistere nella realtà fisica senza violare alcuna legge nota.

I fermioni comprendono particelle fondamentali che “compongono” gli atomi, come elettroni e quark. In termini più precisi, possiedono una proprietà che impedisce loro di occupare stati quantistici identici, assicurando di fatto che non due fermioni corrispondenti possano occupare lo stesso spazio.

“Questo comportamento è responsabile dell’intera struttura della tavola periodica”, dice Hazzard. “È anche il motivo per cui non semplicemente attraversi la tua sedia quando ti siedi.”

I bosoni sono definiti da una misura diversa rispetto a questa proprietà, che consente loro di attraversarsi l’un l’altro come fantasmi in un corridoio.

Di solito agendo come portatori di forza come fotoni e gluoni, i bosoni mediano interazioni in modi che spingono e tirano i fermioni in tutto, dai protoni ai porcospini, dalle patate ai pianeti.

Fermioni e bosoni
Il Modello Standard categorizza le particelle fondamentali in gruppi correlati.

Esiste un’eccezione notevole a questa rigida regola di segregazione degli stati quantistici. Limitati a sole due dimensioni, alcuni materiali possono dare origine a un comportamento simile a quello delle particelle che infrange le leggi statistiche previste per fermioni e bosoni, consentendo di fatto uno scambio unico di stati quantistici.

Conosciuti come anyon, queste scappatoie tecniche non possono estendersi nello spazio tridimensionale del nostro Universo e quindi è improbabile che siano rappresentate da particelle fondamentali autentiche che dobbiamo ancora scoprire. Meno una nuova corsia nell’hardware quantistico; sono più simili a un portachiavi novità che puoi prendere al banco.

Tuttavia, questo non ha mai fermato i fisici teorici dal manipolare le descrizioni quantistiche delle particelle ipotetiche per vedere cosa sopravvive, operando in un campo chiamato parastatistica. Anche se un atto di pura espressione matematica, farlo può rivelare verità più profonde su se i fermioni e i bosoni sono realmente tutto ciò che esiste e, in tal caso, perché.

Sin dalla sua nascita all’inizio e nella metà del XX secolo, la parastatistica non ha trovato nulla che non possa rientrare nelle scatole di fermioni o bosoni. Infatti, man mano che le teorie quantistiche si sono sviluppate nel tempo, è diventato sempre più chiaro che qualsiasi teoria sviluppata attraverso la parastatistica sarebbe indistinguibile da un universo con solo fermioni e bosoni.

Wang e Hazzard pensano di aver scoperto un motivo per dissentire. Introducendo un secondo passo di quantizzazione distinto dai metodi precedenti, hanno dimostrato che comportamenti collettivi nei materiali possono dare origine a particelle che si comportano in modo simile agli anyons anche mentre girano negli angoli in un universo tridimensionale più o meno identico al nostro.

Il concetto è lontano dal tracciare un percorso verso una nuova classe di particelle, servendo solo a mostrare che potremmo non voler chiudere il libro su questa possibilità per ora.

“Per realizzare le paraparticelle negli esperimenti, abbiamo bisogno di proposte teoriche più realistiche”, dice Wang.

Eppure sapere che l’hardware del Modello Standard della fisica quantistica deve ancora fornire qualcosa per la relatività generale e non ha spazio per i mattoni della materia oscura o i misteriosi salti della energia oscura, avere piani per l’espansione è utile.

Questa ricerca è stata pubblicata in Nature.

About Author

ricercatissimo.it@gmail.com

Leave a Reply

Il tuo indirizzo email non sarà pubblicato. I campi obbligatori sono contrassegnati *