भौतिकी वैज्ञानिकों ने पुष्टि की कि तीन प्रकार के क्वांटम कण हैं, पुराने तंत्र के लिए यह अशुभ है

भौतिक विज्ञानी लंबे समय से सभी प्राथमिक कणों को दो साफ-सुथरी श्रेणियों में बांटते आए हैं: बोसॉन (बल वाहक जैसे फोटॉन) और फर्मियॉन (पदार्थ निर्माता जैसे इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन)। यह एक सुव्यवस्थित प्रणाली थी, जैसे एक फाइलिंग कैबिनेट जिसमें केवल दो फोल्डर हों। लेकिन प्रकृति, यह पता चला है, एक जमाखोर है, और वह निचले आयामों में एक तीसरी श्रेणी छिपा रही है।

1970 के दशक से, वैज्ञानिकों ने एन्यॉन के अस्तित्व की भविष्यवाणी की थी - ऐसे कण जो न तो बोसॉन हैं और न ही फर्मियॉन, बल्कि बीच की कोई चीज़। 2020 में, शोधकर्ताओं ने अंततः इन नियम-तोड़ने वालों को अत्यधिक ठंडे, प्रबल चुंबकीय, एक-परमाणु-मोटे (द्वि-आयामी) अर्धचालकों के किनारे पर देखा। अब, ओकिनावा इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी (OIST) और ओक्लाहोमा विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों ने इस अवधारणा को और भी अजीब क्षेत्र में धकेल दिया है: एक-आयामी प्रणाली।

फिजिकल रिव्यू ए में प्रकाशित दो पेपरों में, टीम ने एक 1D प्रणाली की पहचान की जो एन्यॉन को होस्ट कर सकती है और उनके सैद्धांतिक व्यवहार को रेखांकित किया। अति-ठंडी परमाणु प्रणालियों के अंदर व्यक्तिगत कणों को नियंत्रित करने में हाल की प्रगति इन विचारों को वास्तविक प्रयोगशाला प्रयोगों में परीक्षण योग्य बना सकती है - न कि केवल चॉकबोर्ड और भौंहें चढ़ाने वाले विचार प्रयोग।

"हमारे ब्रह्मांड में हर कण सख्ती से दो श्रेणियों में फिट बैठता है: बोसॉनिक या फर्मियॉनिक। कोई और क्यों नहीं है?" OIST में क्वांटम सिस्टम यूनिट के प्रोफेसर थॉमस बुश पूछते हैं। "इन कार्यों के साथ, हमने अब क्वांटम दुनिया के मौलिक गुणों की हमारी समझ में सुधार करने का द्वार खोल दिया है, और यह देखना बहुत रोमांचक है कि सैद्धांतिक और प्रायोगिक भौतिकी हमें यहाँ से कहाँ ले जाती है।"

बोसॉन और फर्मियॉन के बीच अंतर इस बात से आता है कि जब दो समान कण स्थान बदलते हैं तो क्या होता है। तीन आयामों में, प्रयोग केवल दो परिणाम दिखाते हैं: या तो सिस्टम वही रहता है (बोसॉन) या यह चिह्न बदलता है (फर्मियॉन)। कोई अन्य विकल्प नहीं। यह व्यवहार क्वांटम भौतिकी के सबसे पागल करने वाले सिद्धांत से जुड़ता है: अविभाज्यता। कंचों के विपरीत - जिन्हें आप ट्रैक रखने के लिए अलग-अलग रंगों से रंग सकते हैं - समान क्वांटम कण जैसे इलेक्ट्रॉन को व्यक्तिगत रूप से लेबल नहीं किया जा सकता यदि उनके सभी क्वांटम गुण मेल खाते हैं। उन्हें बदलने से एक ऐसी अवस्था उत्पन्न होती है जो मूल से भौतिक रूप से अप्रभेद्य होती है।

OIST यूनिट में पीएचडी छात्र राउल हिडाल्गो-साकोटो बताते हैं: "क्योंकि यह आदान-प्रदान कुछ न करने के बराबर है, घटना को नियंत्रित करने वाले गणितीय सांख्यिकी, जिसे विनिमय कारक के रूप में जाना जाता है, को एक सरल नियम का पालन करना चाहिए: विनिमय कारक का वर्ग 1 के बराबर होना चाहिए। केवल दो संख्याएँ इस नियम को संतुष्ट करती हैं: +1 और -1। यही कारण है कि सभी कणों को क्रमशः बोसॉन होना चाहिए, जिनके लिए कारक 1 है, या फर्मियॉन, जिनके लिए कारक -1 है।"

ये दो परिवार बहुत अलग व्यवहार करते हैं। बोसॉन स्वाभाविक रूप से एक साथ समूह बनाते हैं और सामूहिक रूप से कार्य करते हैं - लेज़र, जहाँ एक ही तरंगदैर्ध्य के फोटॉन तालमेल में चलते हैं, एक उत्कृष्ट उदाहरण हैं, जैसे बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट। फर्मियॉन एक ही अवस्था साझा करने का विरोध करते हैं, यही एक कारण है कि आवर्त सारणी में इतने सारे तत्व हैं। (धन्यवाद, फर्मियॉन, विविधता के लिए।)

तो निचले आयाम कुछ अलग क्यों उत्पन्न कर सकते हैं? निचले-आयामी प्रणालियों में, कणों के पास स्थान बदलने पर कम संभावित पथ होते हैं। उनके प्रक्षेप पथ अंतरिक्ष और समय के माध्यम से एक साथ गुंथ जाते हैं, और तीन आयामों के विपरीत, उन पथों को बाद में आसानी से सुलझाया नहीं जा सकता। परिणामस्वरूप, विनिमय की गई अवस्था अब मूल के बराबर नहीं रहती।

हिडाल्गो-साकोटो जारी रखते हैं: "निचले आयामों में, यह आदान-प्रदान अब स्थलाकृतिक रूप से कुछ न करने के बराबर नहीं है। अविभाज्यता के नियम को संतुष्ट करने के लिए, हमें पथों के सटीक मोड़ और घुमाव पर निर्भर, आदान-प्रदान के लिए एक सतत श्रेणी पर विनिमय कारकों की आवश्यकता है।" यह एन्यॉन के लिए द्वार खोलता है, जिनके विनिमय कारक केवल +1 या -1 से परे मान ले सकते हैं। वे न तो पूरी तरह से बोसॉन हैं और न ही पूरी तरह से फर्मियॉन - वे क्वांटम गैर-अनुरूपतावादी हैं।

नव प्रकाशित अध्ययनों में, शोधकर्ताओं ने प्रदर्शित किया कि बोसॉन-फर्मियॉन विभाजन एक आयाम में भी टूटा रहता है।