Ny forskning, inklusive en studie publicerad i Nature i januari 2025 av fysikerna Kaden Hazzard och Zhiyuan Wang från Rice University, har använt avancerade matematiska metoder för att antyda möjligheten av ”parapartiklar” – en typ av partikel som inte passar in i de traditionella kategorierna bosoner eller fermioner, vilka länge ansetts vara de enda två möjliga klassificeringarna i kvantmekaniken.
I nästan ett sekel har kvantteorin hävdat att alla observerbara partiklar antingen är fermioner (som elektroner och kvarkar), vilka lyder under Paulis uteslutningsprincip och inte kan dela samma kvanttillstånd, eller bosoner (som fotoner), vilka kan samlas i samma tillstånd utan begränsning. Detta binära ramverk har varit grundläggande för vår förståelse av materia och krafter. Men Hazzard och Wangs arbete ifrågasätter detta genom att matematiskt visa att parapartiklar, med egenskaper skilda från både fermioner och bosoner, teoretiskt sett skulle kunna existera utan att bryta mot kända fysiska lagar.
Deras metod involverade sofistikerade matematiska verktyg – tänk Lie-algebror, Hopf-algebror och tensor-nätverksdiagram – applicerade på modeller av kondenserade materiasystem, som magnetiska material. I dessa system skulle excitationer (som beter sig som partiklar) kunna uppvisa egenskaper hos parapartiklar, exempelvis genom att ändra sina inre tillstånd på unika sätt när de byter plats, till skillnad från bosoners eller fermioners fasta beteenden. Det här är inte bara abstrakt matematik; det antyder nya tillstånd av materia som skulle kunna uppstå i verkliga material.
Idén om parapartiklar är inte helt ny – den går tillbaka till 1950-talet – men tidigare studier avfärdade dem som omöjliga att skilja från bosoner eller fermioner i praktiken. Det som är annorlunda nu är det rigorösa matematiska ramverket och fokus på kondenserad materia, vilket tyder på att dessa partiklar kanske inte bara är teoretiska kuriositeter. Även om de för närvarande beskrivs som kvasipartiklar (som uppstår ur interaktioner i material snarare än som fundamentala partiklar), öppnar forskningen dörren till bredare implikationer, kanske till och med inom partikelfysik om den utvidgas till relativistiska kvantfältsteorier.
Tillämpningar? Fortfarande spekulativa – tänk kvantdatorer eller exotiska material – men forskarna medger att det är tidiga dagar. Hazzard själv sa: ”Jag vet inte vart det leder, men jag vet att det kommer att bli spännande att ta reda på det.” Så även om vi inte skriver om periodiska systemet än, skakar det här arbetet om en långvarig uppfattning och bjuder in oss att omvärdera vad som är möjligt i kvantvärlden. Vad tycker du – kan det här bli en spelväxlare, eller bara ett häftigt matematiskt trick?
