作者史蒂夫·塔利，普渡大学 普渡大学的一组科学家发现了被称为任意子的准粒子的实验证据
实验中的电干扰创造了一种模式，研究人员称之为“睡衣阴谋”；干涉图中的跳跃是任何子存在的标志
学分:普渡大学形象/詹姆斯·中村 普渡大学的一组科学家报道了新的实验证据，证明电子形成被称为“任意子”的“准粒子”的集体行为
任意子具有其他亚原子粒子所没有的特征，包括呈现分数电荷和分数统计，通过诱发量子力学相变来保持它们与其他准粒子相互作用的“记忆”
博士后研究员詹姆斯·中村在研究小组成员梁爽和杰弗里·加德纳的帮助下，在迈克尔·曼弗雷德教授的实验室里工作时发现了这个发现
曼弗雷德是物理学和天文学的杰出教授，普渡大学的比尔和迪·奥布莱恩物理学和天文学讲座教授，电子和计算机工程教授，以及材料工程教授
尽管这项工作最终可能与量子计算机的发展有关，但曼弗雷德说，就目前而言，它被认为是理解准粒子物理的重要一步
关于这一发现的研究论文发表在本周的《自然物理学》上
诺贝尔奖得主、麻省理工学院物理学教授、理论物理学家弗兰克·维尔泽克给这些准粒子起了个半开玩笑的名字“anyon”，因为它们的奇怪行为不同于其他类型的粒子，它们在位置互换时可以采用“任意”量子相位
在2020年有越来越多的证据表明存在任意子之前，物理学家已经将已知世界中的粒子分为两类:费米子和玻色子
电子是费米子的一个例子，构成光和无线电波的光子是玻色子
费米子和玻色子之间的一个特征差异是当粒子相互缠绕或编织时它们的行为
费米子以一种直接的方式做出反应，玻色子以另一种直接的方式做出反应
任意子的反应就好像它们带着一点电荷，更有趣的是，当它们互相缠绕时，会产生一个不寻常的相变
这可以给任意子一种互动的“记忆”
“任何子只在特殊情况下作为电子的集体激发而存在，”曼弗雷德说
“但它们确实具有这些明显的酷特性，包括分数电荷和分数统计
这很有趣，因为你会想，“它们怎么会有比电子的基本电荷更少的电荷呢？”但是他们有
" 曼弗雷德说，当玻色子或费米子交换时，它们会分别产生一个正1或负1的相位因子
普渡大学的科学家宣布了新的实验证据，证明电子的集体行为形成了被称为“任意子”的“准粒子”
“该团队能够通过一种叫做干涉仪的纳米级设备中的特定迷宫状蚀刻纳米结构来引导电子，从而证明这种行为
学分:普渡大学形象/詹姆斯·中村 “就我们的任意子而言，编织产生的相位是2π/3，”他说
“这与以前在自然界看到的情况不同
" 中村说，任何子都只是作为电子的集体群体来显示这种行为，其中许多电子在非常极端和特定的条件下表现得像一个整体，所以人们认为它们在自然界中不是孤立的
“通常在物理世界中，我们会考虑基本粒子，比如质子和电子，以及所有组成元素周期表的东西，”他说
“但是我们研究的是准粒子的存在，准粒子是从处于某种极端条件下的电子海洋中出现的
" 因为这种行为取决于粒子相互缠绕的次数，所以它们的性质比其他量子粒子更稳定
这种特性被称为拓扑性的，因为它依赖于系统的几何形状，最终可能导致更复杂的任意子结构，这些结构可以用来构建稳定的拓扑量子计算机
该团队能够通过一种由砷化镓和砷化镓铝制成的特定迷宫状蚀刻纳米结构来引导电子，从而证明这种行为
这个被称为干涉仪的装置限制电子在二维路径上运动
该装置从绝对零度(10毫开尔文)冷却到百分之一度以内，并受到9特斯拉的强磁场作用
干涉仪的电阻产生了一种干涉图案，研究人员称之为“睡衣图”
“干涉图案中的跳跃是任何子存在的标志
圣巴巴拉加州大学的理论物理学家切坦·纳亚克告诉《科学新闻》，“这绝对是实验物理学中最复杂的事情之一。”
中村说，普渡大学的设施为这一发现创造了环境
“我们拥有培育砷化镓半导体的技术，这是实现我们的电子系统所需要的
我们在比尔克纳米技术中心有纳米制造设备来制造干涉仪，也就是我们在实验中使用的设备
在物理系，我们有能力测量超低温并产生强磁场
”他说
“因此，我们拥有所有必要的组件，使我们能够在普渡完成这一发现
这是在这里做研究的一件好事，也是我们能够取得这一进展的原因
" 曼弗雷德说，准粒子前沿的下一步将包括建造更复杂的干涉仪
“在新的干涉仪中，我们将有能力控制室中准粒子的位置和数量，”他说
“然后我们将能够根据需要改变干涉仪内准粒子的数量，并根据我们的选择改变干涉图样
"
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