تقييد فئة غريبة من الجسيمات المعروف باسم أنيون تشير النماذج إلى أن بُعدًا واحدًا قد يجبرهم على تبني أحد الشكلين الجديدين، مما يشير إلى تفاعلات أساسية جديدة في فيزياء الجسيمات.

في الفضاء ثلاثي الأبعاد، تنقسم الجسيمات إلى مجموعتين. هناك فرميونات، والتي تصف عادة الجسيمات التي لا تتداخل مع بعضها البعض، مثل الإلكترونات والكواركات، وهناك البوزونات، والتي تصف الجسيمات الحاملة للقوة والتي يمكن أن تمر عبر بعضها البعض بسهولة.

“يبدو أن كل جسيم في كوننا يتناسب بشكل صارم مع فئتين: البوزونية والفرميونية.” يقول الفيزيائي توماس بوش، من معهد أوكيناوا للعلوم والتكنولوجيا (OIST) في اليابان. “لماذا لا يوجد آخرون؟”

منذ نصف قرن مضى، رأى علماء الفيزياء النظرية أن الإحصائيات الكامنة وراء هذه القواعد ليست واضحة جدًا عند إزالة البعد. والنتيجة هي “الأنيون” – مجموعة ثالثة ليست كذلك بوسون ولا فرميونات الذي يظهر في البيئات المسطحة ثنائية الأبعاد.

منذ ذلك الحين، ظهرت أدلة تجريبية على أنيون لقد نما الوجودمع اكتشاف الدراسات المعملية طرقًا جديدة لتقييد الجسيمات مثل الإلكترونات لإجبار هذه المجموعة الثالثة على الوجود.

والآن قام فيزيائيون من OIST وجامعة أوكلاهوما في الولايات المتحدة بدراستها في بعد واحد، واكتشفوا مستوى جديدًا تمامًا من التعقيد في سلوك أي شخص.

“لقد حددنا ليس فقط إمكانية وجود أنيونات أحادية البعد،” يقول بوش، “لكننا أظهرنا أيضًا كيف يمكن رسم خرائط إحصاءات التبادل الخاصة بهم، ومن المثير، كيف يمكن ملاحظة طبيعتها من خلال توزيع الزخم.”

لا يمكن للجسيمات أن تدور حول بعضها البعض عندما تكون عالقة في مساحة أحادية الأبعاد، مما يجبرها على التفاعل. مثل تفاعلات الجسيمات باعتبارها جزءًا أساسيًا من تصنيفها، فإن المساحات أحادية البعد تمنح العلماء فرصة لتحليل خصائص الجسيمات.

أحد الاختلافات الرئيسية بين البوزونات والفرميونات هو مدى كونها “اجتماعية”. بعبارات بسيطة للغاية، تميل البوزونات إلى التجمع، بينما لا تفعل الفرميونات ذلك. وفي الحدود الضيقة لبعد واحد، تصبح تلك “التواصل الاجتماعي” أكثر أهمية.

فيما يتعلق بالأنيونات، رأى الباحثون أن هذه التفاعلات القسرية تسمح بتصنيفها إلى أنيونات بوسونية وفيرميونية.

كما حددوا أيضًا عامل تفاعلات الأيون الذي يتحكم في مدى بوزونية أو فرميونية جسيم معين. علاوة على ذلك، أظهر الفريق كيفية القياس يمكن أن يكون توزيع عزم الجسيم بمثابة وسيلة فعالة لاكتشاف “بصمة” الجسيم.

“تمامًا مثل البوزونات والفرميونات، فإن الأنيونات البوزونية والأنيونات الفرميونية لها إحصائيات مختلفة لتبادل الجسيمات،” يكتب الباحثون في إحدى أبحاثهم المنشورة.

في هذه المرحلة، تكون النتائج نظرية وتنتظر التحقق من صحتها من خلال التجارب. ومع ذلك، حتى في الشكل النظري، فإن النتائج تعيد تشكيل تفكيرنا الأساسي حول الجسيمات وتفاعلاتها.

متعلق ب: تفاعل جسيمات الأشباح مع المادة المظلمة قد يحل لغزًا كونيًا ضخمًا

“الإعدادات التجريبية اللازمة لإجراء هذه الملاحظات موجودة بالفعل” يقول بوش. “يسعدنا أن نرى الاكتشافات المستقبلية التي يتم إجراؤها في هذا المجال، وما يمكن أن تخبرنا به عن الفيزياء الأساسية لكوننا.”

هناك زخم متزايد وراء الأبحاث التي تتجاوز الفكرة الثنائية للبوزونات والفرميونات، المعروف بشكل عام باسم Parastatistics. وفي حين لا يتفق الجميع على أن هناك الكثير مما يمكن اكتشافه، فإن بعض الرياضيات الأساسية تشير إلى أننا قد لا نحصل على الصورة الفيزيائية الكاملة بعد.

وقد تم نشر البحث في المراجعة البدنية أ, هنا و هنا.