Физики из Германии, Швейцарии и Австралии обнаружили возможные следы существования пятой фундаментальной силы, скрытой в глубине атомных ядер. Если открытие подтвердится, оно сможет расширить Стандартную модель физики и помочь объяснить некоторые из самых загадочных явлений во Вселенной.

В новом исследовании физики сосредоточились на поиске гипотетической пятой силы, которая могла бы влиять на взаимодействие между нейтронами в ядре атома и окружающими их электронами. Предполагается, что переносчиком этой силы может быть так называемая частица Юкавы, существование которой пока не подтверждено.

Физики из Института науки и технологий Окинавы и Университета Оклахомы показали, что в одномерных квантовых системах могут существовать частицы, не являющиеся ни бозонами, ни фермионами. Речь идет об анионах — экзотическом классе квантовых частиц, чьи свойства выходят за рамки стандартной классификации элементарных частиц. Работа опубликована в журнале Physical Review A (PRA).

В привычном трехмерном мире все элементарные частицы относятся к одному из двух типов. Бозоны, такие как фотоны, отвечают за перенос взаимодействий и могут находиться в одном и том же квантовом состоянии. Фермионы — электроны, протоны и нейтроны — образуют вещество и подчиняются принципу запрета Паули, не позволяющему им занимать одинаковые состояния.

Эта классификация основана на том, как ведет себя квантовая система при обмене двух идентичных частиц местами. В трех измерениях возможны лишь два варианта: состояние либо не меняется, либо меняет знак. Однако в пространствах меньшей размерности эта логика перестает работать.

Анионы были теоретически предсказаны еще в 1970-х годах, а в 2020 году их удалось экспериментально наблюдать в двумерных структурах — на границе сверхохлажденных и сильно намагниченных одноатомных слоев полупроводников. Новая работа показывает, что подобные частицы могут существовать и в одномерных системах.

По словам авторов, ключевое отличие одномерного пространства заключается в том, что частицы не могут «обойти» друг друга — при обмене местами они вынуждены проходить друг сквозь друга. Это радикально меняет квантовую статистику.