Наблюдаемый эффект, известный как плетение, является самым поразительным доказательством существования анионов — класса частиц, которые могут существовать только в двух измерениях.
Физики обнаружили двухмерные частицы
Science in HD / Unsplash

Когда анионы сплетены, один из них «обвивается» вокруг другого, изменяя квантовые состояния. Этот эффект плетения был обнаружен в сложном слое материалов.

«Это абсолютно убедительное доказательство существования анионов, — говорит физик-теоретик Фрэнк Вильчек из Массачусетского технологического института, который ввел термин анион (anyon) в 1980-х годах. — Чтобы увидеть их, нужно подняться на новый уровень».

Фундаментальные частицы, встречающиеся в природе, подразделяются на два класса: фермионы и бозоны. Например, электроны являются фермионами, а фотоны, частицы света, — бозонами. Анионы — это третий класс, но они не появляются в нашей трехмерной вселенной, как это делают фундаментальные частицы. «Это не то, что вы можете наблюдать в обычной повседневной жизни», — говорит соавтор исследования физик Майкл Манфра из Университета Пердью в Уэст-Лафайете (штат Индиана, США). Но они появляются в двухмерных листах материала, представляя собой некое нарушение при движении электронов, которые вместе ведут себя как одна частица.

Отличить анионы от фермионов и бозонов можно благодаря сплетению. Подобное поведение изменяет волновую функцию частиц — математическое выражение, которое описывает их квантовое состояние.

В новом исследовании ученые создали устройство, в котором анионы перемещались в двухмерном слое, разветвлявшемся на две «дорожки». Одна из них вела в обход других анионов, находящихся в центре устройства. Другая шла напрямик. Затем эти пути соединялись. В ходе эксперимента исследователи измеряли получаемый электрический ток. Дополнительная фаза, полученная в дорожке, идущей в обход, приводила к заметным скачкам тока.

Физики надеются, что связанные анионы будут полезны при создании квантовых компьютеров.