时髦的数学表明一种物理学未知的新型粒子

物理学家已经用数学方法证明,宇宙中可能存在长期以来被认为不可能存在的粒子。100 年前的量子力学研究表明,所有粒子都可以分为两类:玻色子和费米子。它们属于哪一类取决于粒子在 […] 中靠近其他粒子时的行为

来源:宇宙杂志

物理学家已经用数学方法证明,宇宙中可能存在一些长期以来被认为不可能存在的粒子。

100 年前的量子力学研究表明,所有粒子都可以分为两类:玻色子和费米子。它们属于哪一类取决于粒子在给定量子态下靠近其他粒子时的行为。

具有开放边界条件的 7 × 7 晶格上的 2D 精确可解自旋模型。来源:《自然》(2025 年)。DOI:10.1038/s41586-024-08262-7
具有开放边界条件的 7 × 7 晶格上的 2D 精确可解自旋模型。来源:《自然》(2025 年)。 DOI:10.1038/s41586-024-08262-7

《自然》杂志发表的新研究表明可能存在第三组“准粒子”。

发表 《自然》

玻色子(如光子和希格斯玻色子)遵循玻色-爱因斯坦统计。无限数量的玻色子可以存在于同一量子态中。

希格斯玻色子

费米子(如电子和夸克)受费米-狄拉克统计支配。这意味着只有一个费米子可以处于给定的量子态。费米子的这种行为称为泡利不相容原理,它决定了元素周期表的结构,也是“为什么你坐下时不会直接穿过椅子”的原因,美国莱斯大学的作者 Kaden Hazzard 说。

泡利不相容原理

“我们确定,以前从未知道的新型粒子是可能的,”哈扎德说。

物理学家在 20 世纪 30 年代和 40 年代开始怀疑是否存在准粒子。1953 年,这些粒子的量子理论得以形成。

数学研究表明,几乎所有潜在的准粒子实际上都是玻色子或费米子,并且基于本质上不正确的假设。

哈扎德和前莱斯大学研究生王志远探索了准粒子中存在准粒子的可能性——准粒子是材料中具有与粒子相同数学性质的激发态。