Kvázičastice - Anyóny
Valentín Korinek - 2020-08-31

Dôkazy o anyónoch pochádzajú zo zrážok (na obrázku je farebný skenovací elektrónový mikroskop). Kvázičastice sa pohybujú po dráhach určených elektródami (žltá). Dva kusy (modré guľôčky) sa v strede zrazia a pokračujú každá na inú stranu. (M. KUMAR)

Niekedy je dvojrozmerný priestor lepší ako ten trojrozmerný. V trojrozmernom svete, v ktorom žijeme, existujú dve triedy elementárnych častíc: bozóny a fermióny. Teoretickí fyzici však v dvoch dimenziách predpokladajú, že existuje aj ďalšia možnosť a to kvázičastice s názvom anyóny. (Kvázičastica je entita podobná častici, ktorá vzniká v určitých sústavách interagujúcich častíc. Možno si ju predstaviť ako jednotlivú časticu pohybujúcu sa v sústave a obklopenú oblakom ďalších častíc, ktoré sú vymršťované von alebo zachytávané pozdĺž pohybu, takže sa celá entita pohybuje spolu ako voľná častica. Koncept kvázičastíc patrí medzi najdôležitejšie vo fyzike kondenzovaného stavu, pretože je to jeden z mála spôsobov, ako zjednodušiť kvantovo-mechanický problém mnohých telies a možno ho aplikovať na veľké množstvo rôznych sústav viacerých telies).


Vedci predkladajú nové dôkazy o anyónoch a tvrdia, že sa správajú inak ako ktorákoľvek zo známych častíc. Nám známe elementárne častice môžeme zaradiť buď medzi fermióny alebo bozóny. Napríklad elektróny sú fermióny. Bozóny zahŕňajú fotóny, častice svetla, a taktiež známy Higgsov bozón, ktorý vysvetľuje, ako sa častice hromadia. Každá z týchto dvoch tried sa správa úplne ináč. Fermióny sú samotárske častice a vzájomne sa vyhýbajú. Naopak bozóny sa rady zhlukujú.


Už pred 40 rokmi sa  hovorilo o existencii nových častíc v dvoch rozmeroch a s odlišným správaním.


Anyóny patria do skupiny fermiónov a bozónov, čo znamená že sa ani vzájomne nevyhýbajú, no ani sa nezhlukujú. Keďže nežijeme v dvojrozmernom priestore ale trojrozmernom, vedci hľadali anyóny v rámci dvojrozmernej vrstvy materiálu. Tam sa mohli prejaviť ako kvázičastice, poruchy v materiáli s vlastnosťami častíc. Takéto kvázičastice sa môžu vytvárať, keď skupiny elektrónov napodobňujú anyóny. Vedci však ešte nepotvrdili, že ide o kvázičastice. Nepozorovali totiž očakávané zhlukovanie, ako je to medzi správaním bozónov a fermiónov.


Vedci už zaznamenali dôkaz pre anyóny v silnom dvojrozmernom magnetickom poli. Kvázičastice v týchto materiáloch majú náboj, ktorý predstavuje zlomok elektrónu, čo sa predpovedalo práve pre tieto kvázičastice – anyóny.


Keby vedci zrážali antisociálne fermióny, častice by po zrážke smerovali každá na opačnú stranu. Na druhej strane by mali bozóny tendenciu sa zhlukovať, teda po zrážke ísť tým istým smerom. V experimente vedci zaregistrovali zhlukovanie. Množstvo týchto zhlukov sa ale menilo pri zmene počiatočnej rýchlosti častíc posielaných do Collidera – zrážača (zrážač je typ urýchľovača častíc, ktorý spája dva protiľahlé lúče častíc tak, že sa častice zrážajú. Zrážky môžu byť buď v kruhových alebo lineárnych urýchľovačoch), čo bolo v súlade s teoretickým predpokladom vlastností anyónov.


Keď si anyóny vymenia miesta medzi sebou, fyzici predpovedajú, že sa kvantové stavy kvázičastíc zmenia. Tento proces dostal označenie  “pletenie“ ( Predstavte si veľmi hustý vrkoč z vlasov. Rovnakým spôsobom sa kvázičastice môžu medzi sebou zamieňať, a tak meniť svoje kvantové stavy) a možno by aj mohol potvrdiť existenciu kvázičastíc.


Aj keď sa pri novej štúdii tzv. pletenie nepotvrdilo, vedci sú aj tak o krok bližšie k pochopeniu anyónov.