فیزیکدانان دانشگاه رایس چارچوب ریاضی پیشرفته‌ای را ارائه کرده‌اند که احتمال وجود ذرات بنیادی نوع سوم، موسوم به «ذرات پارا»، را مطرح می‌کند. این ذرات در کنار فرمیون‌ها و بوزون‌ها قرار می‌گیرند و مفهومی نوین در مکانیک کوانتومی به شمار می‌روند. این نظریه نه‌تنها مکانیک کوانتومی را به چالش می‌کشد، بلکه دیدگاه‌های تازه‌ای برای درک عمیق‌تر فیزیک بنیادی فراهم می‌آورد.
آیا نوع سومی از ذرات می‌تواند وجود داشته باشد؟
در مکانیک کوانتومی، ذرات به دو دسته تقسیم می‌شوند: فرمیون‌ها و بوزون‌ها. الکترون‌ها و کوارک‌ها، مثال‌هایی از فرمیون‌ها هستند. فرمیون‌ها، اجزای سازنده‌ی ماده هستند. این ذرات از قوانین کوانتومی خاصی پیروی می‌کنند. این قوانین مانع از آن می‌شوند که ذرات مشابه، یک حالت کوانتومی یکسان را اشغال کنند. این ویژگی، اساس پدیده‌هایی مانند ساختار جدول تناوبی و جامد بودن ماده است. بوزون‌ها، واسطه‌ی نیروها هستند. بوزون‌ها به‌طور متفاوتی برهم‌کنش می‌کنند. بوزون‌ها می‌توانند همپوشانی داشته باشند و از یکدیگر عبور کنند.
کادن هازارد و ژی‌یوان وانگ، محققان دانشگاه رایس، از نظر ریاضی، امکان وجود نوع سومی از ذرات را نشان داده‌اند. این ذرات، «پارا» نام دارند. این ذرات فرضی، دوگانگی فرمیون-بوزون را به چالش می‌کشند. رفتار این ذرات می‌تواند بدون نقض قوانین فیزیکی تثبیت‌شده وجود داشته باشد.
نقش پارا-آمار
ایده‌ی ذرات پارا جدید نیست. از اواسط قرن بیستم، فیزیکدانان «پارا-آمار» را بررسی کرده‌اند. پارا-آمار، یک چارچوب ریاضی است. این چارچوب، رفتار ذراتی را بررسی می‌کند که در دسته‌های سنتی فرمیون و بوزون قرار نمی‌گیرند. این نظریه‌ها تاکنون نتایجی که با ذرات موجود قابل تشخیص باشند، تولید نکرده‌اند. اما رویکرد هازارد و وانگ، دیدگاه تازه‌ای ارائه می‌دهد. آنها با به‌کارگیری لایه‌ی جدیدی از کوانتیزاسیون، چیزی را نشان می‌دهند. آنها نشان می‌دهند که چگونه رفتارهای جمعی در مواد می‌تواند ویژگی‌های مشابه «انیون‌ها» را در فضای سه‌بعدی تقلید کند.
انیون‌ها، خواص آماری-کوانتومی منحصر به فردی دارند. قبلاً تصور می‌شد که انیون‌ها فقط در سیستم‌های دوبعدی وجود دارند. تصور می‌شد که انیون‌ها در جهان سه‌بعدی ما غیرممکن هستند. این مدل جدید خلاف این را نشان می‌دهد. این مدل به پدیده‌هایی ذره‌مانند اشاره می‌کند که می‌توانند قوانین را بدون شکستن کامل آنها، تغییر دهند.
پیامدها و مراحل بعدی
ذرات پارا هنوز یک ساختار نظری هستند. اما این ذرات، گامی مهم در زیر سوال بردن مدل استاندارد (Standard Model) هستند. مدل استاندارد، درک ما از ذرات بنیادی را شکل می‌دهد. مدل استاندارد در حال حاضر نمی‌تواند پدیده‌هایی مانند ماده تاریک و انرژی تاریک را به خوبی توضیح دهد. بنابراین، جایی برای اکتشافات بالقوه باقی می‌گذارد.
وانگ تأکید می‌کند که برای تأیید تجربی ذرات پارا، به پیشنهادهای نظری دقیق‌تری نیاز داریم. در حال حاضر، کار آنها ما را به کاوش بیشتر در مرزهای فیزیک تشویق می‌کند. این کار تضمین می‌کند که ما زودهنگام در مورد آنچه در قلمرو کوانتومی ممکن است یا نیست، نتیجه‌گیری نکنیم.
این تحقیق در Nature منتشر شده است.
اگر به خواندن کامل این مطلب علاقه‌مندید، روی لینک مقابل کلیک کنید: sciencealert
