Физики раскрыли удивительную тайну: существуют необычные элементарные частицы, о которых ранее считалось, что они не могут существовать.

Все элементарные частицы во Вселенной делятся на две категории: фермионы и бозоны. Существовала старая теория о наличии третьей категории — парачастиц, но физики опровергли её, установив, что такие частицы не могут существовать. Однако авторы нового исследования, опубликованного в журнале Nаture, пришли к выводу о том, что парачастицы действительно могут существовать, хотя их ещё предстоит обнаружить, сообщает New Scientist.

Фермионы и бозоны: в чем отличие?

Идея о существовании третьей группы частиц, называемой парачастицами, начала развиваться еще в середине XX века. Важно отметить, что различие между фермионами и бозонами заключается в том, как частицы одной группы могут менять свои позиции. Например, обмен бозонами, такими как фотоны, не изменяет их квантовую волновую функцию, которая является полным математическим описанием свойств частиц в квантовой механике. В то же время обмен фермионами, такими как электроны, приводит к изменению их квантовой волновой функции и делает её отрицательной. Это значит, что бесконечное количество бозонов может находиться в одном и том же пространстве, в то время как фермионы должны быть разделены в пространстве.

Невозможные частицы

Более сложная модель обмена частицами, предложенная физиком Гербертом Грином в середине прошлого века и названная парастатикой, предполагала, что квантовая волновая функция может изменяться иными способами, отличными от фермионов и бозонов. В результате учёный предположил существование парачастиц в виде парабозонов и парафермионов.

Согласно теории парачастиц, только ограниченное количество частиц может находиться в одном и том же квантовом состоянии, а не только одна или бесконечное множество. В дальнейшем физики тщательно исследовали эту теорию и пришли к выводу, что парачастицы не будут вести себя иначе, чем фермионы и бозоны, что делает их существование невозможным.

Парачастицы существуют, но есть сложности

Авторы нового исследования пришли к выводу, что парачастицы действительно могут физически существовать. Физики утверждают, что кроме фермионов и бозонов существует ещё одна группа элементарных частиц. Они разработали новое математическое описание парачастиц, которое включает более строгие правила, чем предыдущие определения. После этого учёные показали, что в определённых квантовых системах парачастицы могут возникать в виде колебаний, что позволяет подтвердить их физическое существование с помощью наблюдений.

Однако у этого исследования есть несколько проблем. Физики пока продемонстрировали, что парачастицы могут существовать только в одном или двух измерениях, но не исключено их существование и в трех измерениях. Ещё одной проблемой является то, что обсуждаемые учеными парачастицы на самом деле являются квазичастицами. Это означает, что они не являются фундаментальными частицами, такими как электроны или фотоны. Вместо этого эти квазичастицы представляют собой коллективные колебания, которые действуют как частицы.

Тем не менее, физики считают, что парачастицы могут существовать как фундаментальные частицы, поскольку математика этого не исключает, хотя пока неясно, где или каким образом они могут проявиться. Всё же авторы исследования уверены, что парачастицы могут быть обнаружены. Однако также остаётся неясным, какое практическое применение могут иметь эти частицы, если они будут найдены.