NASA/JPL-Caltech
Banyak hal berubah di dimensi yang lebih rendah. Jenis kuasipartikel baru dalam sistem satu dimensi dapat memperluas kerangka konseptual fisika partikel dan materi kuantum.
Dalam dua penelitian yang diterbitkan pada bulan Desember di Tinjauan Fisik A (Di Sini e Di Sini), peneliti dari Institut Sains dan Teknologi Okinawa (OIST) dan Universitas Oklahoma menyajikan model teoritis untuk keberadaan “anion” (ion bermuatan negatif) dapat disesuaikan dalam satu dimensi dan menganalisis sifat-sifatnya, membuka jalan baru untuk mengeksplorasi statistik kuantum di luar pembagian klasik antara fermion dan boson.
Dalam fisika partikel dalam tiga dimensi, unsur penyusun materi umumnya disusun menjadi dua kelompok, jelasnya Mekanika Populer. Boson (seperti foton dan gluon) memiliki putaran bilangan bulat dan dapat menempati keadaan kuantum yang sama, sedangkan fermion (seperti elektron dan neutrino) memiliki putaran setengah bilangan bulat dan mematuhi keadaan kuantum yang sama. Prinsip pengecualian Pauliyang mencegah dua fermion identik berbagi keadaan yang sama. Ini adalah perilaku penting untuk struktur materi.
Namun, di dimensi yang lebih rendah, pemisahan ini tidak lagi bersifat mutlak. Selama beberapa dekade, teori telah memperkirakan keberadaan anion dalam dua dimensi: kuasipartikel yang sifat statistiknya berada “di antara” boson dan fermion. Istilah ini dipopulerkan oleh fisikawan Amerika Frank Wilczekyang menggambarkan benda-benda tersebut sebagai milik a kuantum “dunia ketiga”. Pada tahun 2020, observasi eksperimental anion dalam semikonduktor setebal atom disajikan sebagai tonggak sejarah dalam sains.
Penelitian baru ini melangkah lebih jauh dengan menyatakan bahwa “cara ketiga” ini juga dapat terwujud dalam satu dimensi. Menurut penulis, kuncinya terletak pada cara partikel mengubah posisi. Dalam tiga dimensi, ketika dua partikel identik dipertukarkan, faktor matematika yang terkait dengan pertukaran ini harus memenuhi aturan sederhana: kuadratnya sama dengan 1, yang membatasi hasil pada dua kemungkinan, yaitu fermion (−1) atau boson (+1).
Dalam dua dimensi, kemungkinan lintasan pertukaran dapat mencakup “belokan” dan “belokan”, yang memungkinkan adanya faktor pertukaran dalam suatu kontinum – dan di sanalah anion muncul.
Dalam kasus satu dimensi, para peneliti menjelaskan, mobilitas menjadi lebih terbatas: untuk berpindah tempat, partikel harus “saling bersilangan”, dan dinamika ini dapat mematahkan dikotomi boson-fermion lagi.
Model yang diusulkan juga menyarankan cara untuk menyesuaikan (“tune”) faktor pertukaran, yang mungkin terkait dengan intensitas interaksi jangka pendek.
Meskipun ini adalah hasil teoretis, penulis berpendapat bahwa kemungkinan memetakan dan mengendalikan statistik ini dalam satu dimensi dapat memandu eksperimen di masa depan dan memperdalam pemahaman tentang dasar-dasar perilaku kuantum.
