Quando você troca duas parapartículas, essas propriedades ocultas mudam em conjunto. Como analogia, imagine que essas propriedades são cores. Comece com duas parapartículas, uma que é vermelha internamente e outra que é azul internamente. Quando eles trocam lugares, em vez de manter essas cores, ambos mudam de maneiras correspondentes, conforme prescrito pela matemática do modelo em particular. Talvez a troca os deixe verdes e amarelos. Isso rapidamente se transforma em um jogo complexo, onde as parapartículas se afetam de maneiras invisíveis à medida que se movem.
Enquanto isso, Müller também estava ocupado repensando os teoremas do DHR. “Nem sempre é super transparente o que eles significam, porque está em uma estrutura matemática muito complicada”, disse ele.
Sua equipe adotou uma nova abordagem à questão da parapartícula. Os pesquisadores consideraram o fato de que os sistemas quânticos podem existir em vários estados possíveis de uma só vez – o que é chamado de superposição. Eles imaginaram alternar entre as perspectivas dos observadores que existem nesses estados sobrepostos, cada um dos quais descreve seu ramo da realidade de maneira ligeiramente diferente. Se duas partículas são verdadeiramente indistinguíveis, eles imaginaram, não importará se as partículas são trocadas em um ramo da superposição e não no outro.
“Talvez se as partículas estiverem por perto, eu as troco, mas se estiverem longe, não faço nada”, disse Müller. “E se eles estão em uma superposição de ambos, então eu faço a troca em um ramo e nada no outro ramo.” Se os observadores entre ramos rotulam as duas partículas da mesma maneira não devem fazer diferença.
Essa definição mais rigorosa de indistinguibilidade no contexto de superposições impõe novas restrições aos tipos de partículas que podem existir. Quando essas suposições se mantêm, os pesquisadores descobriram que as parapartículas são impossíveis. Para que uma partícula seja verdadeiramente indistinguível pela medição, como os físicos esperam que as partículas elementares sejam, deve ser um bóson ou férmion.
Embora Wang e Hazzard tenham publicado primeiro seu artigo, é como se eles tivessem visto as restrições de Müller chegando. Suas parapartículas são possíveis porque seu modelo rejeita a suposição inicial de Müller: as partículas não são indistinguíveis no sentido total necessário no contexto de superposições quânticas. Isso vem com uma consequência. Embora a troca de duas parapartículas não tenha efeito nas medições de uma pessoa, dois observadores, compartilhando seus dados entre si, podem determinar se as parapartículas foram trocadas. Isso ocorre porque a troca de parapartículas pode mudar como as medidas das duas pessoas se relacionam. Nesse sentido, eles poderiam diferenciar as duas parapartículas.
Isso significa que há um potencial para novos estados de matéria. Onde os bósons podem embalar um número infinito de partículas no mesmo estado, e os férmions não podem compartilhar um estado, as parapartículas acabam em algum lugar no meio. Eles são capazes de embalar apenas algumas partículas no mesmo estado, antes de ficar lotado e forçar outras pessoas a novos estados. Exatamente quantos podem ser amontoados depende dos detalhes da parapartícula – a estrutura teórica permite opções infinitas.
“Acho o artigo deles realmente fascinante, e não há absolutamente nenhuma contradição com o que fazemos”, disse Müller.
O caminho para a realidade
Se existirem parapartículas, provavelmente serão partículas emergentes, chamadas quase -particulares, que aparecem como vibrações energéticas em certos materiais quânticos.
“Podemos obter novos modelos de fases exóticas, que eram difíceis de entender antes, que agora você pode resolver facilmente usando parapartículas”, disse Meng Chengum físico da Universidade de Yale que não estava envolvido na pesquisa.
Bryce Gadwayum físico experimental da Universidade Estadual da Pensilvânia que às vezes colabora com Hazzard, está otimista de que as parapartículas serão realizadas no laboratório nos próximos anos. Essas experiências usariam átomos de Rydberg, que são átomos energizados com elétrons que vagam muito longe de seus núcleos. Essa separação da carga positiva e negativa torna os átomos de Rydberg especialmente sensíveis aos campos elétricos. Você pode criar computadores quânticos a partir da interação de átomos de Rydberg. Eles também são os candidatos perfeitos para criar parapartículas.
“Para um certo tipo de simulador quântico de Rydberg, isso é exatamente o que eles fariam naturalmente”, disse Gadway sobre a criação de parapartículas. “Você apenas os prepara e vê -los evoluir.”
Mas, por enquanto, o terceiro reino das partículas permanece totalmente teórico.
“As parapartículas podem se tornar importantes”, disse Wilczek, físico e inventor do Prêmio Nobel. “Mas atualmente eles são basicamente uma curiosidade teórica.”
História original reimpresso com permissão de Quanta revistauma publicação editorialmente independente do Fundação Simons cuja missão é melhorar a compreensão pública da ciência, cobrindo os desenvolvimentos e tendências da pesquisa em matemática e ciências físicas e da vida.
