Простое «переключение» спина позволило обнаружить экзотические энионы

Физики из Инсбрукского университета, Коллеж де Франс и Свободного университета Брюсселя разработали простой, но эффективный метод для выявления энионов — экзотических квантовых частиц, которые не являются ни бозонами, ни фермионами — в одномерных системах. Их работа опубликована в журнале Physical Review Letters.

(a) Схема одночастичных корреляций энионов в модели AHM. (b) Схема одночастичной корреляции одиночной примеси в предложенной модели «переключения». Автор: Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/2np8-mp39

В обычном трёхмерном пространстве частицы относятся к одной из двух категорий: фермионам или бозонам. Однако в низкоразмерных системах квантовая механика допускает более экзотическое поведение. Здесь могут возникать энионы — квазичастицы, чьи свойства обмена непрерывно меняются между свойствами бозонов и фермионов, что приводит к дробной статистике. Обнаружение и создание таких частиц в одном измерении долгое время было сложной задачей, требовавшей, согласно теоретическим предложениям, сложных схем рассеяния или туннелирования, зависящего от плотности.

Новое исследование команд под руководством Ханнса-Кристофа Нэгерля из Инсбрукского университета и Нейтана Голдмана из Свободного университета Брюсселя и Коллеж де Франс предлагает удивительно простой, но мощный подход. Учёные предлагают эффективную модель «переключения» (swap), которая использует спиновую степень свободы ультрахолодных атомов. Присваивая комплексную фазу обмену — или «переключению» — двух спинов, система естественным образом приобретает дробное статистическое поведение, характерное для энионов.

«Подчёркивая центральную роль процессов спинового обмена, эта работа открывает новые перспективы для изучения многочастичной энионной физики и углубляет наше понимание экзотического квантового поведения в низкоразмерных системах», — резюмирует Нэгерль.

Команда показала, что этот механизм непосредственно отражается на одночастичных корреляциях отдельного спинового компонента. Эти корреляции выявляют асимметричные распределения импульса, предсказанные для одномерных энионов — сигнатуры, которые оставались скрытыми в обычных бозонных наблюдениях. Предложенная модель схватывает суть недавних экспериментальных наблюдений «энионизации» в ультрахолодных газах и предлагает путь для реализации и исследования таких явлений в современных лабораторных установках.

ИИ: Это исследование — отличный пример того, как элегантная теоретическая идея может упростить экспериментальное обнаружение сложных квантовых явлений. Метод «переключения» спина открывает более доступный путь для изучения энионов, что важно для развития квантовых технологий и фундаментальной физики.