美國(guó)布朗大學(xué)物理學(xué)家在一項(xiàng)新研究中觀察到一種名為“分?jǐn)?shù)激子”的新型量子粒子，既不屬于玻色子，也不屬于費(fèi)米子，而是介于兩者之間的粒子類型。這一發(fā)現(xiàn)或?qū)�極大拓展科學(xué)家對(duì)量子領(lǐng)域的認(rèn)知。相關(guān)論文發(fā)表于最新一期《自然》雜志。

研究人員表示，這種新粒子不攜帶整數(shù)電荷，卻遵循獨(dú)特的量子統(tǒng)計(jì)規(guī)律。其最令人振奮之處在于解鎖了一系列物質(zhì)的新量子相，為科學(xué)研究開辟了新前沿，深化了基礎(chǔ)物理的理解，并為量子計(jì)算帶來(lái)了新可能。

圖片:284890_4dd52365-4ef3-47ee-8898-271286455358copy.png

研究聚焦于分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)，該現(xiàn)象基于經(jīng)典霍爾效應(yīng)，即將磁場(chǎng)施加到有電流的材料上以產(chǎn)生橫向電壓。量子霍爾效應(yīng)發(fā)生在極低溫度和極高磁場(chǎng)下，這種橫向電壓以清晰且獨(dú)立的跳躍方式增加。而在分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)中，這種增加方式變得更為奇特，僅為電子電荷的一小部分。

實(shí)驗(yàn)中，研究人員構(gòu)建了由兩層二維納米材料石墨烯組成的結(jié)構(gòu)，中間隔有六方氮化硼絕緣晶體。這種設(shè)置使他們能夠精確控制電荷運(yùn)動(dòng)，還能生成被稱為激子的粒子，這些粒子由一個(gè)電子和空穴結(jié)合而成。然后，在比地球磁場(chǎng)強(qiáng)數(shù)百萬(wàn)倍的極強(qiáng)磁場(chǎng)中，研究人員觀察到了新型分?jǐn)?shù)激子，這些激子表現(xiàn)出異常行為。

通常，基本粒子分為玻色子和費(fèi)米子兩類。玻色子能共享相同量子態(tài)，而費(fèi)米子則遵循泡利不相容原理，即兩個(gè)費(fèi)米子不能占據(jù)同一量子狀態(tài)。然而，實(shí)驗(yàn)中觀察到的分?jǐn)?shù)激子并不能完全歸入這兩類中的任何一類。它們雖具有預(yù)期的分?jǐn)?shù)電荷，但行為卻同時(shí)表現(xiàn)出玻色子和費(fèi)米子的特征，類似兩者的雜合體，介于兩者之間的粒子類型——任意子，但又具有獨(dú)特屬性。

這種出乎意料的行為表明，分?jǐn)?shù)激子可能代表了一類全新的、具有獨(dú)特量子屬性的粒子。研究表明，激子可以存在于分?jǐn)?shù)量子霍爾體系中，并且其中一些激子是由帶分?jǐn)?shù)電荷的粒子配對(duì)產(chǎn)生的，形成了表現(xiàn)不像玻色子的分?jǐn)?shù)激子。

研究人員指出，這類新型粒子未來(lái)或有助于改進(jìn)量子層面的信息存儲(chǔ)和處理方式，帶來(lái)更快、更可靠的量子計(jì)算機(jī)。