Вважалося неможливим: фізики виявили існування дуже дивних елементарних частинок.

Усі фундаментальні елементарні частинки у Всесвіті поділяються на дві групи: ферміони та бозони. Давня теорія припускала існування третьої групи — парачастинок. Фізики вже спростували цю теорію, оскільки дійшли висновку, що такі частинки не можуть існувати. Автори нового дослідження, опублікованого в журналі Nаture, навпаки, вважають, що парачастинки все ж існують, але їх ще потрібно виявити, пише New Scientist.

Фундаментальні частинки ферміони та бозони — в чому різниця?

Теорія про те, що у Всесвіті може існувати ще одна група частинок під назвою парачастинки, виникла ще в середині минулого століття. Для початку важливо зрозуміти, що різниця між ферміонами та бозонами полягає в тому, як дві частинки в одній групі змінюють свої місця. Наприклад, обмін бозонами, такими як фотони, не змінює їхню квантову хвильову функцію. Це повне математичне описання властивостей частинок у квантовій механіці. Водночас обмін ферміонами, такими як електрони, змінює їхню квантову хвильову функцію і робить її від'ємною. Це означає, що безкінечна кількість бозонів може займати один і той же простір. Але ферміони завжди повинні бути розділені у просторі.

Неможливі частинки

Більш складна модель обміну частинками, запропонована в середині минулого століття фізиком Гербертом Гріном під назвою парастатика, припускала, що квантова хвильова функція може змінюватися зовсім іншими способами, ніж у ферміонів і бозонів. Тому учений припустив, що існують парачастинки у вигляді парабозонів і параферміонів.

Відповідно до теорії парачастинок, лише певна кількість частинок може існувати в одному й тому ж квантовому стані, а не лише одна або безкінечна кількість. Пізніше фізики ретельно дослідили цю теорію і дійшли висновку, що парачастинки не поведуться інакше, ніж ферміони та бозони, а отже, їхнє існування неможливе.

Парачастинки існують, але є проблема

Автори нового дослідження дійшли висновку, що парачастинки насправді можуть фізично існувати. Фізики наполягають на тому, що крім ферміонів і бозонів існує ще одна група елементарних частинок. Фізики розробили нове математичне описання парачастинок, яке включало більш строгі правила, ніж попередні визначення. Після цього фізики показали, що існують певні квантові системи, в яких парачастинки повинні виникати у вигляді коливань, і таким чином їхнє фізичне існування може бути підтверджене спостереженнями.

У цього дослідження є кілька проблем. Фізики поки що лише показали, що парачастинки можуть існувати тільки в одному або двох вимірах, але не можна виключати їхнє існування в трьох вимірах. Ще одна проблема полягає в тому, що парачастинки, про які говорять вчені, насправді технічно є квазічастинками. Тобто вони не є фундаментальними частинками, такими як електрони або фотони. Натомість ці квазічастинки представляють собою колективні коливання, які діють так, ніби вони були частинками.

Водночас фізики вважають, що парачастинки можуть існувати як фундаментальні частинки, оскільки математика цього не виключає, але поки неясно, де або яким чином вони можуть з'явитися. І все ж автори дослідження вважають, що парачастинки можна виявити. Хоча також неясно, яке практичне застосування можуть мати ці частинки, якщо їх виявлять.