宇宙改写基本粒子分类，第三类粒子出现了( 二 )
用实验验证
巴黎索邦大学（Sorbonne University）的物理学家格温达尔·费夫（Gwendal Fève）组织了这项验证任意子的实验 。 他表示 ， “拓扑论证是任意子存在的首个暗示 ， 我们剩下要找的是物理系统 。 ”
当将电子限制在二维运动 ， 冷却到接近绝对零度 ， 并受到强磁场的作用时 ， 会发生非常奇怪的事情 。 20世纪80年代初 ， 物理学家首次利用这些条件观察到了“分数量子霍尔效应” ， 在这一过程中电子聚集在了一起 ， 产生所谓的准粒子 ， 其电荷只占单个电子电荷的一小部分 。 （如果你觉得把电子的集体行为称为粒子似乎很奇怪 ， 那么可以想想质子 ， 它本身甚至是由三个夸克组成的 。 ）
1984年 ， 维尔切克、丹尼尔·阿罗瓦斯（Daniel Arovas）和约翰·罗伯特·施里弗（John Robert Schrieffer）的一篇两页的开创性论文表明 ， 这些准粒子必须是任意子 。 但科学家从未在这些准粒子中观察到类似于任意子的行为 。 也就是说 ， 他们无法证明任何一个粒子都不同于费米子或玻色子 ， 即无法证明它们既不能聚在一起 ， 也不能完全相互排斥 。
【宇宙改写基本粒子分类，第三类粒子出现了】而新研究想要做的就是完成这个证明 。 2016年 ， 三位物理学家描述了一个实验装置 ， 该装置在二维上类似一个微型粒子对撞机 。 费夫和同事以此为基础制造了类似的仪器 ， 并用这个仪器进行任意子对撞实验 。 通过测量对撞机中电流的波动 ， 他们就能够证明任意子的行为与理论预测是否一致 。
利用这个装置 ， 研究人员主要就是想观测两个不可区分的粒子之间的碰撞所产生的结果 。 如果在这个装置中发生碰撞的是费米子 ， 那么这些粒子在碰撞之后就会分道扬镳 ， 沿着不同的路径离开；如果发生碰撞的是玻色子 ， 它们就会以聚集在一起的形式在同一出口处出现 。
本文插图
从微型对撞机（如彩色扫描电子显微镜图像所示）获得的任意子存在的证据 。 任意子沿着由电极（黄色）决定的路径移动 。 两个任意子（蓝色球体）在中心处碰撞 ， 从两边退出 。 图片来源：Manohar Kumar
而在对撞实验中 ， 任意子没有表现出上面两种结果 ， 出口处的任意子没有完全分离 ， 但是又不是完全聚集 ， 聚集程度远小于玻色子 。 因此 ， 这也是首次用实验证明了任意子存在 。
布朗大学的物理学家德米特里·费尔德曼（Dmitri Feldman）没有参与最近的研究 ， 他认为 ， “毫无疑问 ， 一切都与理论相符 。 而以我的经验 ， 这种情况在这个领域是很不寻常的 。 ”
维尔切克说：“很长一段时间以来 ， 有很多证据指向任意子的存在 。 但是如果你问：‘是否有一种现象只可能是任意子造成的？’从不同层面上来说 ， 答案是很清楚的 。 ”
原文链接：
https://www.quantamagazine.org/milestone-evidence-for-anyons-a-third-kingdom-of-particles-20200512/
原始论文：
https://science.sciencemag.org/content/368/6487/173
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