Rice Üniversitesi’nden bilim insanları, bozon ve fermiyon dışında parçacıkların da var olabileceğini teorik olarak gösterdi.
Kuantum mekaniği teorize edildiğinden beri, tüm parçacıkların davranışlarına göre bozon ve fermiyon olarak iki gruba ayrıldığı düşünülüyordu.
Ancak Rice Üniversitesi’nden fizikçi Doç. Dr. Kaden Hazzard ve Zhiyuan Wang tarafından yapılan yeni bir araştırma, bu iki kategoriye uymayan parçacıkların var olabileceğini ortaya koydu.
Araştırmanın bulguları 8 Ocak 2025’te Nature dergisinde yayınlandı. Bu çalışma varlığının mümkün olmadığı düşünülen parapartiküllerin matematiksel olarak var olabileceklerini ortaya koyuyor.
Araştırma yazarlarından Hazzard, üniversite bültenine verdiği demeçte “Daha önce bilmediğimiz yeni tür parçacıkların mümkün olduğunu belirledik,” ifadelerini kullandı.
Kuantum mekaniğinde, gözlemlenebilir tüm parçacıkların ya fermiyon ya da bozon olduğu kabul ediliyor. Bu iki parçacık türü, bir kuantum durumunda diğer parçacıkların yakınında nasıl davrandıklarına göre birbirinden ayrılıyor.
Sınırsız sayıda bozon bir arada bulunabilirken, fermiyonlar yalnız hareket ediyor. Bu davranış, iki ya da daha çok özdeş fermiyonun (yarım spine sahip parçacıklar) aynı kuantum durumda olamayacağını belirten Pauli dışlama ilkesi olarak biliniyor.
Periyodik tablonun tüm yapısının sorumlusunun bu davranış olduğunu belirten Hazzard, “Ayrıca sandalyeye oturabilmenizin de sorumlusu budur,” sözlerini ekliyor.
Kuantum alanında 1930’lar ve 1940’larda, başka tür parçacıkların var olup olamayacağını anlamak için araştırmalar başladı. 1953 yılında, parapartiküller olarak bilinen parçacıkların kuantum teorisi geliştirildi ve Yüksek Enerji Fiziği Topluluğu tarafından kapsamlı bir şekilde incelendi. Ancak 1970’lere gelindiğinde, matematiksel çalışmalar, parapartiküllerin aslında bozon ya da fermiyon gibi davrandığını öne sürdü. Tek istisna, yalnızca iki boyutta var olabilen egzotik bir parçacık türü olan anyonlardı.
Ancak 1970’lerdeki teoriler, fiziksel sistemlerde her zaman geçerli olmayan varsayımlara dayanıyordu. Hazzard ve Wang, Yang-Baxter denklemi ve grup teorisi gibi matematiksel araçlar kullanarak parapartiküllerin fiziksel yasalarla uyumlu bir şekilde var olabileceğini göstermeye çalıştı.
Araştırmacılar, parapartiküllerin doğada nasıl ortaya çıkabileceğine dair somut bir örnek sunmak için manyetikler gibi yoğun madde sistemlerindeki uyarılmalara (stimulation) odaklandı. Hazzard parçacıkların yalnızca temel şeyler olmadığını, aynı zamanda malzemeleri tanımlamada da önemli olduklarını vurguluyor.
Rice Üniversitesi’nden fizikçiler yürüttükleri yeni çalışmada gelişmiş matematiksel yöntemler kullanarak, yoğun madde sistemlerinde parapartiküllerin ortaya çıkabileceği modeller geliştirdiler. Parapartiküllerin, fermiyonlar veya bozonlardan farklı olarak, pozisyon değiştirirken iç durumlarının da değiştiği tuhaf şekillerde davrandığını gösterdiler.
Bu modeller, parapartikül sistemlerinde ortaya çıkabilecek yeni fiziksel olguların anlaşılmasında bir ilk adım olarak görülüyor. Teorinin daha da geliştirilmesi, yoğun madde sistemlerindeki parapartiküllerin tespit edilebileceği deneylere rehberlik edebilir.
Kaynak: Rice University
