O descoperire științifică recentă a captivat comunitatea fizicienilor: cercetătorii au propus existența unei noi clase de particule cuantice, numite „paraparticule”. Deși poate părea un subiect de science-fiction, această propunere ar putea revoluționa înțelegerea noastră a Universului. Dar de ce este această descoperire atât de revoluționară? Și cum ar putea schimba viziunea noastră asupra legilor fundamentale ale fizicii?
În 2021, Zhiyuan Wang, student absolvent la Universitatea Rice, lucra la o problemă matematică complexă în timpul pandemiei COVID-19. Ceea ce nu știa era că această problemă îl va conduce la o descoperire care va pune la îndoială fundamentele fizicii cuantice. Rezolvând problema, Wang a realizat că soluția descria o particulă care nu corespundea nici fermionilor, nici bosonilor. Aceasta era ceva complet nou. A început apoi să gândească mai profund și a împărtășit descoperirea sa cu consilierul său, Kaden Hazzard. Împreună, au dezvoltat o teorie bazată pe ceea ce au numit paraparticule. Aceste particule ar avea proprietăți matematice foarte speciale, care le diferențiază de fermioni și bosoni, dar și de tot ceea ce cunoaștem astăzi în lumea particulelor elementare. Lucrarea lor, publicată în revista Nature, a zguduit comunitatea științifică și a relansat o veche dezbatere privind natura particulelor și legile care guvernează Universul nostru.
Înainte de a aprofunda ideea de paraparticule, este important să înțelegem cele două categorii clasice în care au fost clasificate toate particulele cunoscute până în prezent. Fermionii, care includ electronii, protonii și neutronii, sunt elementele de bază ale materiei. Ceea ce face fermionii deosebit de interesanți este principiul lor de excludere. În termeni simpli, acest principiu afirmă că doi fermioni nu pot ocupa niciodată exact aceeași stare cuantică. Acest fenomen este cel care permite materiei să existe în forma sa actuală. De exemplu, electronii dintr-un atom nu pot ocupa toți același orbital și trebuie să fie distribuiți în straturi diferite în jurul nucleului. Bosonii, pe de altă parte, sunt particulele care transmit forțele fundamentale ale universului, cum ar fi fotonul pentru electromagnetism sau gluonul pentru interacțiunea nucleară puternică. Ceea ce deosebește bosonii de fermioni este faptul că pot împărți aceeași stare cuantică. Cu alte cuvinte, mai mulți bosonii pot coexista în același loc, ca într-un laser în care mai multe particule luminoase sunt sincronizate.
În articolul lor, Wang și Hazzard propun că există o a treia categorie de particule, paraparticulele, care nu respectă regulile fermionilor sau bosonilor. Se crede că aceste particule au o proprietate internă ascunsă care le modifică comportamentul atunci când schimbă pozițiile. Pentru a înțelege mai bine acest lucru, imaginați-vă că aceste paraparticule au un fel de „culoare” internă invizibilă. Atunci când fac schimb de poziții cu o altă paraparticulă, această culoare s-ar modifica într-un mod special, creând un comportament unic care nu poate fi observat nici la fermioni, nici la bosoni.
Conceptul de paraparticule pare posibil datorită unei caracteristici matematice a particulelor cuantice. Atunci când o particulă interacționează cu alta, semnul matematic al proprietăților sale se poate schimba, dar particulele rămân imposibil de distins. Wang și Hazzard sugerează că aceste proprietăți ascunse ale paraparticulelor devin vizibile doar atunci când interacționează cu alte particule. Cu alte cuvinte, schimbul de poziții între două paraparticule nu ar lăsa nicio urmă imediat observabilă, dar proprietățile lor interne ar fi modificate într-un mod subtil.
Paraparticulele ar putea oferi o nouă perspectivă asupra organizării materiei și a modului în care forțele fundamentale interacționează în sisteme complexe. În prezent, fermionii și bosonii urmează reguli bine definite, însă paraparticulele ar putea deschide calea către stări exotice ale materiei care au fost imaginate anterior doar de fizicienii teoreticieni. Aceste noi particule ar putea permite formarea de materiale cu proprietăți necunoscute până acum. Imaginați-vă materiale capabile să acționeze simultan la mai multe scări sau structuri care ar putea fi utilizate pentru noi tehnologii precum calculul cuantic. Paraparticulele, ca particule capabile să împartă câteva stări, păstrând în același timp o anumită individualitate, ar putea oferi, de asemenea, o modalitate complet nouă de stocare și manipulare a informațiilor.
Deși descoperirea paraparticulelor a fost publicată într-o revistă prestigioasă, ea rămâne deocamdată teoretică. Nu există încă nicio dovadă experimentală directă a existenței lor. Cu toate acestea, cercetători precum Bryce Gadway de la Universitatea de Stat din Pennsylvania sunt optimiști cu privire la posibilitatea reproducerii acestui model în laborator, în special cu ajutorul atomilor Rydberg, care sunt foarte sensibili la câmpurile electrice și sunt deja studiați pentru potențialul lor în calculul cuantic. Paraparticulele ar putea apărea în materiale cuantice speciale, în special în medii în care proprietățile cuantice sunt puse la încercare. Aceste experimente ar putea conduce la descoperirea unor noi tipuri de materie sau a unor faze exotice ale materiei, deschizând noi perspective pentru fizica teoretică și aplicată.
