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科学家发现了“新”粒子,颠覆量子规则,量子材料将迎来突破

更新时间:2025-05-18 04:59作者:佚名

阅读本文之前,请单击“关注”。它不仅有助于您的讨论和分享,而且还为您带来了不同的参与感。在《深入又长篇文章》中,我希望您能仔细完成。谢谢您的支持!当人类进入微观世界时,人类发现了许多微小的颗粒,这可能是构成世界上所有事物的最小单位。在超过100年的时间里,科学家熟悉两种类型的粒子,一个是玻色子,另一个是福音。玻色子的自旋量子数是一个整数,例如0、1、2等。例如,光子的自旋为1,是玻色子,而higgs玻色子的自旋为0,也是玻色子。根据Bose-Einstein的统计数据,这意味着可以同时存在多个玻色子,并且它们倾向于以相同的低能量状态聚集。这种特征使玻色子在宏观层面上显示出独特的现象,例如激光,超导等。

科学家发现了“新”粒子,颠覆量子规则,量子材料将迎来突破

1924年,在研究光子统计问题时,印度物理学家Satyandra Nath Bose提出了一种新的统计方法,即Bose-Einstein统计,这为玻色子的理论研究奠定了基础。阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)在此基础上进一步改善了相关理论。 1964年,彼得·希格斯(Peter Higgs),弗朗索瓦·恩格勒(FranoisEngler)和罗伯特·布洛特(Robert Bullot)等科学家提出了希格斯机制,预测了希格斯·波森(Higgs Boson)的存在,这是一种标量玻色子,在赋予其他基本颗粒的质量中起着关键作用。

2012年7月4日,CERN证书(CERN)的大型强子对撞机(LHC)实验宣布发现Higgs Boson,这是粒子物理标准模型的重要里程碑。彼得·希格斯(Peter Higgs)和弗朗索瓦·恩格勒(FranoisEngler)也获得了2013年诺贝尔物理学奖。玻色子在许多领域都起着重要作用,例如光子的极化状态作为量子位。与传统计算机相比,量子计算机可以使用诸如玻色子叠加和纠缠等特征来执行计算,从而可以*提高计算能力并在金融,材料科学和其他领域中发挥巨大作用。

除玻色子外,费米子也非常重要。 1962年,ENLIK Fermi在他的论文中发现了量子统计力学,以描述由大量符合Pauli不兼容原则组成的系统中不同量子状态中颗粒的统计定律。同时,保罗·迪拉克(Paul Dirac)也独立发现了这项法律,因此被称为费米·迪拉克(Fermi-Dirac)统计。这是费米斯理论研究的重要基础。此外,理论物理学家Dirac,Weil和Mayorana使用量子力学和相对论理论进行数学操作,分别预测Dirac Fermions,Weil Fermions和Mayorana Fermions。

2015年,来自美国和中国的两个研究团队几乎同时宣布,发现了固体材料的Weilfermions。 2017年,一支声称发现了Majorana Fermions存在的证据。费米子在电子场中起着重要作用。在半导体设备中,电子之间电子的过渡用于实现当前的控制和信号处理,例如晶体管,集成电路等。这些技术是现代电子设备的核心基础,例如计算机,移动电话,通信基站等。Fermions的量子特性等也用于量子计算机研究。

除了这两个特殊粒子外,有人还找到了第三种粒子,称为粒子样粒子。它不是物质的纯粒子或力介质,而是量子力学允许存在但从未发现的隐藏状态。它们可能生活在材料内部,并呈现出特殊的交换对称性。它们具有“隐藏的内部变量”。整个结构不仅在交换时仅添加正或负符号,还改变了整个结构。

提出这一理论的人不是哲学家,而是德国马克斯普鲁士量子光学学院的Zihyyuan Wang团队。 2021年,他是莱斯大学的研究生。数学推论的机会使他意识到他可能已经击中了物理学的一个被遗忘的角落。后来,他发表了《Nature》。粒子并不是一个非常严格的概念,具有清晰的传统定义。他们通常指在某种物理现象或理论模型中表现出类似粒子的特性的尸体或激发状态。

准颗粒:在凝结物质中,一些具有粒子特征的激发态由大量颗粒之间的相互作用产生。例如,在金属中,电子在晶格中移动,当电子与晶格振动相互作用时,将形成新的准粒子——极性。它可以在粒子等晶体中移动,并具有某些特征,例如有效的质量和电荷。

虚拟粒子:根据量子场理论,虚拟粒子对将在真空状态下连续生成和歼灭。无法直接观察它们,但是它们会影响可观察到的物理现象。例如,在Casimir效应中,真空中的两个平行金属板之间发生了轻微的吸引力,这是由于虚拟光子的存在引起的。虚拟光子是在金属板之间的空间中产生和歼灭的虚拟颗粒,从而导致金属板内外的不同能量分布,从而产生吸引力。

声子:被量化晶体中晶格集体振动的激发态。它们不是真实的颗粒,而是描述晶格振动的能量量子。例如,在固体材料中,当晶格中的原子振动中时,这些振动以波的形式在晶体中传播,声子是对这种振动波的量化描述。声子在固体物理特性(例如热传导和热容量)中起着重要作用。例如,在高温下,声子的数量增加和固体的导热率增加,因为声子可以更有效地传输热量。

这些粒子样颗粒的概念的引入可以帮助科学家更方便地描述和理解某些复杂的物理现象。就物理图像而言,类似粒子的粒子更像是动态的交互式网络。科学家目前正在积极研究。编辑认为,作为地球上最聪明的生活,人类自出生以来一直在不断地研究和探索世界的奥秘。尽管人类无法揭开所有奥秘,但随着未来人类科学技术的发展,肯定会揭开更多的奥秘。你有话要说吗?

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