Keistos dalelių klasės, vadinamos anyonais, „uždarymas“ į vienmatę (1D) erdvę, remiantis teoriniais modeliais, galėtų priversti jas įgyti vieną iš dviejų naujų formų. Tyrėjai teigia, kad tai gali atverti kelią naujam požiūriui į fundamentaliąsias dalelių sąveikas.

Trimatėje erdvėje dalelės įprastai skirstomos į dvi dideles grupes. Pirmoji – fermionai, kuriais dažniausiai apibūdinamos tarpusavyje nesutampančios dalelės, pavyzdžiui, elektronai ar kvarkai. Antroji – bozonai, apibūdinantys jėgas pernešančias daleles, galinčias „praeiti“ viena pro kitą.

„Atrodo, kad kiekviena mūsų Visatos dalelė griežtai telpa į dvi kategorijas – bozoninę arba fermioninę. Kodėl nėra kitų?“ – svarsto Japonijoje įsikūrusio „Okinavos mokslo ir technologijų instituto“ („OIST“) fizikas Thomasas Buschas.

Maždaug prieš pusę amžiaus teoriniai fizikai atkreipė dėmesį, kad taisyklės, apibrėžiančios bozonų ir fermionų elgesį, nebeatrodo tokios paprastos, kai erdvėje sumažinamas matmenų skaičius. Taip atsirado anyono idėja – trečia dalelių grupė, kuri nėra nei bozonai, nei fermionai, ir kuri pasireiškia plokščioje, dvimatėje (2D) aplinkoje.

Nuo to laiko laboratoriniai eksperimentai vis dažniau pateikia įrodymų, kad tokios būsenos gali egzistuoti. Tyrėjai randa būdų, kaip suvaržyti daleles, pavyzdžiui, elektronus, kad būtų sudarytos sąlygos atsirasti šiam „trečiajam“ elgesiui.

Dabar „OIST“ ir JAV „Oklahomos universiteto“ mokslininkai išnagrinėjo, kas nutiktų, jei anyonai būtų apriboti dar griežčiau – iki vieno matmens. Anot jų, tokioje erdvėje atsiskleidžia gerokai sudėtingesnis anyonų elgesys, nei manyta iki šiol.

„Nustatėme ne tik vienmačių anyonų egzistavimo galimybę, bet ir parodėme, kaip galima sužemėlapiuoti jų apsikeitimo statistiką, o taip pat – kaip jų prigimtį galima stebėti pagal impulso pasiskirstymą“, – teigia T. Buschas.

Vienmatėje erdvėje dalelės negali „apeiti“ viena kitos. Tai reiškia, kad jos neišvengiamai sąveikauja. Kadangi sąveikos yra vienas pagrindinių kriterijų, pagal kuriuos klasifikuojamos dalelės, tokios sąlygos suteikia mokslininkams galimybę detaliau analizuoti jų savybes.

Viena esminių bozonų ir fermionų skirtumų – tai, kiek jos linkusios „burtis“. Supaprastintai tariant, bozonai dažniau susitelkia, o fermionai to vengia. Vienmatėje erdvėje ši savybė tampa dar svarbesnė, nes dalelėms tenka nuolat „derėtis“ dėl vietos.

Tyrėjai argumentuoja, kad dėl priverstinių sąveikų anyonus 1D erdvėje galima suskirstyti į bozoninio tipo ir fermioninio tipo anyonus. Be to, jie identifikavo sąveikų veiksnį, kuris nulemia, kiek konkreti dalelė elgiasi bozoniniu ar fermioniniu būdu.

Komanda taip pat parodė, kad dalelės impulso pasiskirstymo matavimai galėtų tapti praktišku būdu atpažinti šių būsenų „piršto atspaudą“.

„Kaip ir bozonai bei fermionai, bozoniniai anyonai ir fermioniniai anyonai turi skirtingą dalelių apsikeitimo statistiką“, – rašo autoriai viename iš publikuotų darbų.

Kol kas šios išvados yra teorinės ir dar laukia eksperimentinio patvirtinimo. Vis dėlto, net ir teoriniu lygmeniu jos skatina iš naujo permąstyti, kaip galėtų būti apibrėžiamos dalelės bei jų tarpusavio sąveikos.

T. Buscho teigimu, reikalingos eksperimentinės sąlygos iš esmės jau egzistuoja. „Mums labai įdomu pamatyti, kokie būsimi atradimai bus padaryti šioje srityje ir ką jie galės pasakyti apie fundamentaliąją mūsų Visatos fiziką“, – sako jis.

Tyrimai, peržengiantys įprastą bozonų ir fermionų dichotomiją, vis dažniau aptariami platesniame kontekste, vadinamame parastatistika. Nors ne visi sutinka, kad čia dar galima atrasti daug naujo, kai kurie matematiniai modeliai rodo, jog dabartinis fizikos paveikslas gali būti nepilnas.