Bir boyutlu anyonlar bulundu: Temel fizik yeniden düşünülebilir

Japonya ve ABD’deki araştırmacılar, bir boyutlu anyonlar bulunduğunu ve bu parçacıkların değiş tokuş istatistiklerinin ayarlanabileceğini gösteren çalışmalar yayımladı.

Fizikte temel parçacıklar uzun süredir fermiyonlar ve bozonlar olarak iki ana sınıfa ayrılıyor. Üç boyutlu uzayda bu ayrım spin değerine göre net şekilde belirleniyor.

İki boyutlu sistemlerde ise yarım yüzyıldır teorik olarak bilinen anyonlar ortaya çıkıyor; bunlar fermiyonlarla bozonlar arasında özellikler gösteren kuazi-parçacıklar olarak tanımlanıyor. Anyon kavramını Nobel ödüllü fizikçi Frank Wilczek ortaya atmıştı.

Anyonların deneysel varlığı 2020 yılında tek atom kalınlığındaki iki boyutlu yarı iletkenlerde doğrulandı. Bu gelişme kuantum fiziğinde önemli bir dönüm noktası olarak değerlendirilmişti.

Yeni çalışmalar Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) ile University of Oklahoma’dan araştırmacılar tarafından yapıldı. Thomas Busch, Raúl Hidalgo-Sacoto ve Doerte Blume imzalı iki makale hakemli dergi Physical Review A’de yayımlandı.

Araştırma, bir boyutlu sistemlerde parçacıkların hareket alanının kısıtlı olması nedeniyle değişim faktörünün yüksek boyutlardakinden farklı davrandığını gösteriyor. Bilim insanları bu davranışın parçacıklar arasındaki kısa menzilli etkileşimin gücüyle bağlantılı olabileceğini belirtiyor.

Üç boyutta değişim faktörü yalnızca +1 veya -1 alırken, iki boyutta bu değer -1 ile +1 arasında değişerek anyonlara karşılık geliyor. Çalışmalar bir boyutta da katı ikili yapının bozulduğunu ve istatistiklerin ayarlanabildiğini ortaya koyuyor.

Yazarlar bir boyutlu anyonların matematiksel olarak haritalanabildiğini vurguluyor. Eğer deneysel olarak doğrulanırsa, bu keşif parçacık fiziğinin sınıflandırmasını genişletebilir ve kuantum bilgi işlem ile egzotik madde halleri gibi alanlarda yeni uygulamalara kapı açabilir.

Fizikte “üçüncü krallık” olarak anılan anyonlar, evrenin temel yapı taşlarına dair anlayışımızı yeniden değerlendirme potansiyeli taşıyor.