اثبات موجودیت شبه ذرات انیون توسط فزیک دانان
پس از سالها تحقیق درمورد ذرات بنیادی، سرانجام فزیکدانان شواهدی راجع به موجودیت شبه ذرات “انیون” پیدا کردند. شبه ذرات انیون که اولین بار توسط فزیکدانان نظری در اوایل دهه 1980 پیشبینی شده بود، برای موجودیت خویش به یک سلسله شرایط مانند سیستم دو بعدی، حرارت بسیار پایین( نزدیک به صفر مطلق) و موجودیت ساحه مقناطیسی بسیار قوی ضرورت دارد.
فزیکدانان نه تنها به این دلیل که کشف آنها سالها کار نظری را تأیید میکند، بلکه به دلایل عملی نیز هیجانزده هستند. به طور مثال: انیونها میتوانند اساس یا بنیاد کمپیوترهای کوانتومی باشند.
ساینسدانان در سال ۲۰۲۰ شاهد اثبات شبه ذرات انیون در دو تجربه بودند. بار اول در ماه اپریل این سال در مقالهای از محققان École Normale Supérieure در پاریس بیان کردند که با استفاده از رویکردی که چهار سال پیش پیشنهاد شده بود؛ فزیکدانان یک گاز الکترون را از طریق تعجیل دهنده خیلی کوچک فرستادند تا رفتارهای عجیب و غریب به ویژه چارجهای برقی کسری – را تحریک کنند البته این زمانی امکان پذیر است که ذرات انیون در اطراف آن باشد. تجربه دوم در ماه جولای همان سال صورت گرفت، هنگامی که گروهی در دانشگاه پوردیو (Purdue University) در ایندیانا امریکا از یک آزمایش روی صفحه خراشیده استفاده کردند که برهمکنش هایی را که ممکن است رفتار انیون را پنهان کند، نشان میدهد.
فرانک ویلچک فزیکدان دانشگاه (Massachusetts Institute of Technology)MIT ،کسی است که ذرات انیون را برای بار اول در اوایل دهه 1980 پیش بینی و نامگذاری کرده است ، مقاله اول را به عنوان این کشف معرفی میکند اما میگوید مقاله دوم باعث درخشش این شبه ذرات میشود. وی میگوید: “این کار شگفت انگیز باعث پیشرفت و شکوفایی در علم میشود. به گفته وی انیونها مانند دیگر ذرات اولیه نبوده و دانشمندان هرگز قادر به جدا کردن آن از سیستمی که در آن شکل گرفته است، نخواهد بود. انیونها شبه ذره هستند به این معنی که آنها مانند ذرهای از ویژگی های اندازه گیری مانند کتله و مکان برخودار میباشند، اما فقط در نتیجه رفتار جمعی ذرات قابل مشاهده هستند.
ذرات بنیادی به دو دسته تقسیم شده است: خانواده فرمیونها و خانواده بوزونها، فرمیونها شامل الکترونها، پروتونها، نیوترونها و کوارکهای تشکیل دهنده آن میشود. فرمیونها میتوانند به تنهایی وجود داشته باشند و هیچ دو از این ذرات نمیتوانند همزمان در یک حالت کوانتومی وجود داشته باشند. اگر این ذرات از این خاصیت برخوردار نباشند، همه موجودات میتوانند به سادگی به یک نقطه واحد برسند. چون فرمیونها دلیل موجودیت اجسام جامد میباشند.
گروپ بعدی بوزنها هستند. این گروپ شامل ذراتی مانند فوتونها و گلوئون ها میباشند. درین دسته ذرات برخلاف فرمیونها میتوانند چندین ذرات آن در یک حالت کوانتمی موجود باشد. آنها تمایل به جمع شدن را دارند. به دلیل همین جمع شدن(یکجا شدن) لیزرهایی داریم که جریان فوتونی هستند که همه حالت کوانتومی یکسانی را اشغال میکنند.
خواص انیونها به هر دو گروپ ذکر شده صدق نمیکند. آنچه در انیونها به ویژه برای فزیک دانان هیجان انگیز است چیزی که مشابهت حافظه ذرات را به نمایش میگذارند. اگر فرمیون به دور فرمیون دیگر بچرخد، حالت کوانتومی آن بدون تغییر باقی میماند. عین اتفاق برای بوزونها نیز میافتد.
در انیونها چنین قضیهای نبود بلکه اگر یکی به دور دیگری بچرخد، حالت کوانتومی جمعی آنها تغییر میکند. ممکن است قبل از بازگشت به حالت اولیه خویش به سه یا حتی پنج یا بیشتر چرخش نیاز داشته باشد. این ویژگی انیون آنها را برای کمپیوترهای کوانتومی جذابتر میسازد چون کمپیوتر های کوانتمی به حالت های کوانتومی بسیار شکننده و بیثبات بستگی دارند، و انیونها قابلیت ذخیره اطلاعات بیشتر را دارند.
ویلچک اشاره میکند که انیونها نشاندهنده یک دنیا مکمل با متغییر های متفاوت با رفتارهای عجیب و غریب میباشد که میتواند آینده را کاملا انحصار کند. او که موجودیت این شبه ذرات را تقریبا ۴۰ سال قبل پیش بینی کرده بوده و اصلا با موجودیت دو نوع ذرات که از قبلا ذکر شد، موافقت نداشت. به گفته وی این اکتشافات فقط آغاز کار بوده به امید به اینکه با کشف های متعددی در باره انیون بتوانیم حالت های عجیب و غریب ماده را شاهد باشیم.
منبع: astronomy.com