Σε μια εποχή που η κβαντική φυσική συνεχώς επεκτείνει τα όρια της γνώσης μας για τη δομή του Σύμπαντος, μια νέα πρόταση φέρνει στο προσκήνιο την πιθανότητα ύπαρξης μιας άγνωστης μέχρι τώρα κατηγορίας κβαντικών σωματιδίων: των λεγόμενων paraparticles. Η πρόταση αυτή, καρπός της μαθηματικής αναζήτησης του Zhiyuan Wang και του Kaden Hazzard, ανοίγει τον δρόμο για την πιθανή ύπαρξη ενός «τρίτου βασιλείου» σωματιδίων πέρα από τα γνωστά fermions (φερμιόνια) και bosons (μποζόνια).
Όλα τα γνωστά στοιχειώδη σωματίδια ταξινομούνται είτε ως φερμιόνια, που αποτελούν την ύλη, είτε ως μποζόνια, που μεταφέρουν τις θεμελιώδεις δυνάμεις. Τα φερμιόνια δεν μπορούν να βρίσκονται στην ίδια κβαντική κατάσταση, κάτι που εξηγεί γιατί η ύλη δεν καταρρέει. Τα μποζόνια, αντίθετα, μπορούν να μοιράζονται την ίδια κατάσταση απεριόριστα, επιτρέποντας φαινόμενα όπως τα lasers.
Η υπόθεση για paraparticles γεννήθηκε κατά τη διάρκεια της πανδημίας, όταν ο Wang επεξεργάστηκε ένα μαθηματικό πρόβλημα και εντόπισε μια λύση που υποδείκνυε την ύπαρξη ενός νέου τύπου σωματιδίου. Συνεργαζόμενος με τον Hazzard, διαμόρφωσε ένα μοντέλο που δημοσιεύτηκε το 2025 στο περιοδικό Nature, το οποίο υποστηρίζει ότι paraparticles μπορούν θεωρητικά να υπάρχουν και να δημιουργούν νέα εξωτικά υλικά.
Η θεωρία αυτή έρχεται να αμφισβητήσει το θεώρημα DHR της δεκαετίας του 1970, το οποίο απέκλειε την ύπαρξη paraparticles, βασιζόμενο στην αρχή της τοπικότητας και την τρισδιάστατη φύση του χώρου. Ωστόσο, ο Wang και ο Hazzard υποστηρίζουν ότι οι περιορισμοί του θεωρήματος έχουν παρερμηνευθεί και δεν αποκλείουν την ύπαρξη τρίτου τύπου σωματιδίων.
Παράλληλα, ο Markus Müller και η ομάδα του στην Αυστρία επανεξέτασαν το πρόβλημα από την πλευρά των κβαντικών υπερθέσεων. Θεωρούν ότι για να είναι δύο σωματίδια πλήρως αδιακρίτως μετρήσιμα, πρέπει να συμπεριφέρονται ταυτόσημα σε όλα τα «κλαδιά» μιας υπέρθεσης. Με αυτή τη νέα αυστηρή ερμηνεία της αδιακρισίας, τα paraparticles αποκλείονται εκ νέου. Όμως, οι Wang και Hazzard προσπερνούν αυτόν τον περιορισμό, δεχόμενοι ότι τα paraparticles δεν είναι πλήρως αδιακρίτως μετρήσιμα, δηλαδή, διαφορετικοί παρατηρητές θα μπορούσαν θεωρητικά να καταλάβουν αν δύο τέτοια σωματίδια έχουν αλλάξει θέση.
Αυτό το ενδιάμεσο καθεστώς ανάμεσα σε μποζόνια και φερμιόνια οδηγεί σε πρωτόγνωρες ιδιότητες: τα paraparticles μπορούν να μοιράζονται κβαντικές καταστάσεις, αλλά μόνο περιορισμένα, επιτρέποντας την εμφάνιση νέων φάσεων της ύλης. Η ακριβής συμπεριφορά τους εξαρτάται από το μαθηματικό μοντέλο που περιγράφει τα εσωτερικά τους χαρακτηριστικά, ιδιότητες που δεν είναι άμεσα μετρήσιμες, αλλά επηρεάζουν τις αλληλεπιδράσεις τους.
Στο μέλλον, τα paraparticles πιθανόν να αναδυθούν ως quasiparticles, δηλαδή ως φαινόμενα που προκύπτουν από τις συλλογικές δονήσεις μέσα σε εξωτικά υλικά. Πειράματα με άτομα Rydberg, που παρουσιάζουν μεγάλη ευαισθησία σε ηλεκτρικά πεδία, ενδέχεται να δώσουν την πρώτη πειραματική απόδειξη της ύπαρξης αυτών των υποθετικών σωματιδίων.
Παρά τον σκεπτικισμό, η νέα αυτή πρόταση φέρνει στο προσκήνιο την ελπίδα για την ανακάλυψη άγνωστων μορφών ύλης και την περαιτέρω επέκταση των ορίων της κβαντικής θεωρίας.
[via]
