深度课程准粒子教会我们有关现实的本质

当我们想到粒子时，我们倾向于将它们视为真实对象 – 微小的，类似点的实体，具有确定的属性，例如位置或速度。但是，粒子实际上只是渗透到宇宙的基础田中的能量尖峰，无法直接观察到它们本身。所有这些都会有些混乱。

但是，当您考虑到准粒子的存在时，更深层的情绪正在等待，这是从固体，液体和等离子体中的“基本”颗粒之间的复杂相互作用中出现的。它们拥有近乎魔法的特性，可以承诺异国情调的新材料和技术，同时迫使我们面对一些我们对颗粒的深切信念。

德克萨斯州休斯顿莱斯大学的道格拉斯·纳特尔森（Douglas Natelson）说：“当涉及什么是粒子的问题时，他们在水中非常泥泞。”他说，准颗粒是“一种具有许多您认为具有粒子的属性的材料中的某种激发”。他们可以具有相当明确的位置和速度。他们可以充电。他们可以携带能量。那么，为什么它们仅仅是准颗粒而不是真实的颗粒？

它归结为仅存在的内部物质。 Natelson将其与体育场中的“波浪”进行“波浪”的观众进行了比较。 “我们可以看一下浪潮，说’哦，看！有一波，它是如此之大，并且以一定的速度行驶。”但是浪潮实际上是由体育场中所有粉丝的行为组成的集体事物。”

为了哄骗准粒子，物理学家采用一个物体，例如一块金属，并将其承受极端的温度或压力或磁场。然后，他们观察到粒子内部的集体行为。

这些奇怪现象中的第一个是在1940年代发现的。这是一个“孔”：没有一个应该存在的负电荷的电子。这些孔在固体内部跳来跳去，例如带正电荷的粒子，并通过将它们视为独立实体，研究人员能够创建现在动力笔记本电脑和智能手机的半导体。

加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校的莱昂·巴伦特（Leon Balents）说：“基本上，所有现代电子产品都基于电子和孔。” “我们一直使用这些准颗粒。”

在随后的几十年中，我们发现了一个外来的准颗粒动物园。有镁质来自自旋中的波，这是磁性基础的量子特性。有库珀对，在低温下出现，并带有电荷，而超导体中没有阻力。列表继续。而且，实际上，它继续增长，如物理学家的预测和观察，甚至具有奇怪名称的怪异物种，包括pi-tons，fracton，甚至是皱纹。

Balents说，最令人兴奋的是非亚伯人。与我们知道的其他颗粒不同，这些准颗粒实际上可以记住它们是如何被操纵的 – 这种特性使它们成为用于量子计算机中使用的诱人命题。

“陪审团仍然对他们是否真的有用，” Balents说。尽管如此，微软和其他主要公司正在大量投资于准颗粒研究。

准粒子如此引人入胜的另一个原因使我们回到了粒子是什么问题的问题。如果准颗粒具有类似粒子的特性，那么我们必须考虑到它们所产生的“基本”颗粒（您的电子，光子和夸克）可能会从更深的事物中出现。

“我们认为是基本粒子的东西真的是基本的，还是某种基本基本理论的准粒子？”纳特尔森说。 “是一路走来吗？”