科学家们首次在一维量子系统中观察到了任何子——与熟悉的费米子和玻色子不同的准粒子。这一结果可能有助于更好地理解量子物质及其潜在应用。
科学家们在汉斯-克里斯托夫·纳格尔的带领下，首次在一维量子系统中观察到了任何子——与熟悉的费米子和玻色子不同的准粒子。研究结果发表在《自然》期刊上，可能有助于更好地理解量子物质及其潜在应用。
自然将粒子分为两种基本类型：费米子和玻色子。构成物质的粒子如夸克和电子属于费米子家族，玻色子通常作为力的载体——例如光子，介导电磁相互作用，以及胶子，支配核力。当交换两个费米子时，量子波函数会得到一个负号，即数学上讲，相位为π。这对玻色子而言完全不同：它们交换时的相位为零。这种量子统计特性对费米子或玻色子量子多体系统的行为有着重大影响。它解释了元素周期表的构成方式，并且是超导性研究的核心。
然而，在低维系统中，一种迷人的新粒子类别出现：任何子——既不是费米子也不是玻色子，其交换相位介于零和π之间。与传统粒子不同，任何子并不独立存在，而是在物质的量子态中作为激发出现。这一现象类似于声子，声子表现为弦中的振动，但作为独特的“声音粒子”存在。尽管在二维介质中观察到过任何子，但在一维（1D）系统中的存在依然难以捉摸——直到现在。
发表在《自然》上的一项研究报告了在一维超冷玻色气体中首次观察到涌现的任何子行为。这项研究是汉斯-克里斯托夫·纳格尔在因斯布鲁克大学（奥地利）实验组、巴黎萨克雷大学的理论家米哈伊尔·兹沃纳列夫以及布鲁塞尔自由大学（比利时）和法国学院（巴黎）的内森·戈尔德曼理论组的合作成果。研究团队通过向强相互作用的玻色气体中注入并加速一个可移动杂质，仔细分析其动量分布，从而实现了这一显著成果。他们的研究结果表明，该杂质导致了任何子的出现。
“令人惊讶的是，我们可以连续调节统计相位，使我们能够Smoothly从玻色子行为过渡到费米子行为，”研究的主要作者之一苏迪普塔·达尔表示。“这代表了我们在工程异乎寻常的量子态能力上的根本进步。”理论家王博涛也表示赞同：“我们的建模直接反映了这个相位，并且在我们的计算机模拟中很好地捕捉到实验结果。”
这一优雅简单的实验框架为在高度控制的量子气体中研究任何子开辟了新的途径。除了基础研究外，这些研究特别令人兴奋，因为某些类型的任何子被预测能够实现拓扑量子计算——一种革命性的方法，可以克服当今量子处理器的关键限制。
这一发现标志着探索量子物质的重要步骤，为将塑造未来量子技术的奇异粒子行为提供了新的视角。
