既非玻色子，也非费米子，新型准粒子“分数激子”发现
发布时间: 2025-01-12 07:32:05
美国布朗大学物理学家在一项新研究中观察到一种名为“分数激子”的新型量子粒子，既不属于玻色子，也不属于费米子，而是介于两者之间的粒子类型。这一发现或将极大拓展科学家对量子领域的认知。相关论文发表于最新一期《自然》杂志。
研究人员表示，这种新粒子不携带整数电荷，却遵循独特的量子统计规律。其最令人振奋之处在于解锁了一系列物质的新量子相，为科学研究开辟了新前沿，深化了基础物理的理解，并为量子计算带来了新可能。
研究聚焦于分数量子霍尔效应，该现象基于经典霍尔效应，即将磁场施加到有电流的材料上以产生横向电压。量子霍尔效应发生在极低温度和极高磁场下，这种横向电压以清晰且独立的跳跃方式增加。而在分数量子霍尔效应中，这种增加方式变得更为奇特，仅为电子电荷的一小部分。
实验中，研究人员构建了由两层二维纳米材料石墨烯组成的结构，中间隔有六方氮化硼绝缘晶体。这种设置使他们能够精确控制电荷运动，还能生成被称为激子的粒子，这些粒子由一个电子和空穴结合而成。然后，在比地球磁场强数百万倍的极强磁场中，研究人员观察到了新型分数激子，这些激子表现出异常行为。
通常，基本粒子分为玻色子和费米子两类。玻色子能共享相同量子态，而费米子则遵循泡利不相容原理，即两个费米子不能占据同一量子状态。然而，实验中观察到的分数激子并不能完全归入这两类中的任何一类。它们虽具有预期的分数电荷，但行为却同时表现出玻色子和费米子的特征，类似两者的杂合体，介于两者之间的粒子类型——任意子，但又具有独特属性。
这种出乎意料的行为表明，分数激子可能代表了一类全新的、具有独特量子属性的粒子。研究表明，激子可以存在于分数量子霍尔体系中，并且其中一些激子是由带分数电荷的粒子配对产生的，形成了表现不像玻色子的分数激子。
研究人员指出，这类新型粒子未来或有助于改进量子层面的信息存储和处理方式，带来更快、更可靠的量子计算机。
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