A fizikusok régóta két alapvető csoportra osztják a részecskéket: fermionokra és bozonokra. A valóság azonban nem tűri az éles kategóriákat – erre a legékesebb bizonyíték, hogy a legutóbbi kutatások szerint bizony létezhetnek olyan részecskék, amelyek nem illenek ebbe a hagyományos osztályozásba. Ezeket a különleges entitásokat pararészecskéknek nevezik. Korábban úgy vélték, hogy ha léteznek is ilyenek, fizikai szempontból jelentéktelenek, és nem zavarnak sok vizet. Most viszont úgy tűnik, hogy ezek a különleges részecskék új utakat nyithatnak nemcsak a kvantumfizika, hanem a jövő technológiai alkalmazásai számára is – írja a New Scientist.

A pararészecskékkel kapcsolatos elméleti keretet az 1950-es években dolgozta ki Herbert Green brit fizikus. Green bevezetett egy „parastatisztika” elnevezésű modellt, amely lehetőséget nyújtott arra, hogy a kvantumhullámfüggvények – a részecskék matematikai leírásai – eltérően viselkedjenek a hagyományos fermion- és bozonmodellektől. A bozonok, mint például a fotonok, végtelen számban létezhetnek ugyanabban az állapotban. Magyarán sok bozon lehet egyszerre ugyanazon a helyen, ugyanabban az energiaállapotban. Ezzel szemben a fermionok, például az elektronok, nem viselkedhetnek így: a Pauli-féle kizárási elv megakadályozza, hogy ugyanazon a helyen vagy ugyanabban az állapotban legyenek. Ezért a fermionok térben el kell különüljenek egymástól. A Green által bevezetett pararészecskék viszont a kettő között helyezkednek el: nem létezhetnek végtelen számban ugyanabban az állapotban, mint a bozonok, de nem is kell teljesen elkülönülniük, mint a fermionoknak. Green modellje szerint a pararészecskék korlátozott számú „megosztott állapotot” foglalhatnak el – vagyis egy adott állapotot néhány pararészecske megoszthat, ám nem végtelen sok.

Bár Green elmélete érdekes volt, a pararészecskéket nem sikerült ténylegesen megfigyelni, ezért sokáig a fizikai valóság szempontjából lényegtelennek tartották őket.

Most azonban a Rice Egyetem két kutatója, Zhiyuan Wang és Kaden Hazzard, újraértelmezte Green elméletét, és munkájukban egy igen érdekes nézőpontot mutattak be:

„A tanulmányunk először bizonyítja, hogy a fermionokon és bozonokon túl is létezhet valami”

– magyarázta Wang. A két tudós szigorúbb matematikai alapokra helyezte a kutatását, és bebizonyította, hogy a pararészecskék bizonyos kvantumrendszerekben kimutatható rezgésekként jelennek meg. A kutatók gondoskodtak arról, hogy új modelljük megfeleljen az alapvető fizikai törvényeknek, például kizárták a fénynél gyorsabb információátvitelt. Az eredmények szerint a pararészecskék egy- vagy kétdimenziós rendszerekben létezhetnek, bár nincs kizáró oka annak, hogy háromdimenziós térben is megjelenhessenek. Fontos megjegyezni, hogy ezek a pararészecskék kvázirészecskéknek minősülnek: bár kollektív jelenségek, mégis egyedi részecskékként viselkednek. Matematikailag azonban nem zárható ki, hogy a pararészecskék valóban alapvető entitások legyenek.

A tudományos közösség véleménye megoszlik. Jiannis Pachos, a Leedsi Egyetem kutatója Green elképzelésének merész és innovatív újjáélesztéséről beszélt, míg Paul Fendley, az Oxfordi Egyetem munkatársa kétségbe vonta, hogy a pararészecskék a közeljövőben kísérletileg megfigyelhetők lesznek.

Bár a gyakorlati alkalmazások jelenleg még bizonytalanok, a pararészecskék olyan egzotikus kvázirészecskékhez csatlakoznak, mint az anyonok, amelyek ígéretes lehetőségeket rejthetnek a kvantumszámítástechnikában. Ahogy Pachos fogalmazott:

„Még nem találtunk egyértelmű gyakorlati alkalmazást, de a történelem azt mutatja, hogy az ilyen egzotikus jelenségek kutatása gyakran vezet mélyreható felfedezésekhez.”

(Kép: Giroscience/Science Photo Library)