Universumin salainen kolmas ovi

Kuvittele tämä: koko maailmankaikkeus koostuu vain kahden tyyppisen hiukkasen aineesta. Näin on luultu ikuisuuden. Entä jos kerroin, että tiede juuri löysi todisteita kolmannesta lajista – sellaisesta, joka ei kuuluisi ollenkaan olemassa?

Tervetuloa kvanttifysiikan outoon maailmaan. Täällä todellisuus lakkaa olemaan tavallista.

Kaksi hiukkastyyppiä... vai oliko sittenkään?

Palataan alkeille. Fysikot ovat pitkään jakaneet perushiukkaset kahteen ryhmään.

Bosonit välittävät voimia. Esimerkiksi fotonit eli valo ja gluonit. Nämä kaverit tykkäävät toisistaan. Ne tunkeutuvat samaan tilaan kaksin verroin, kuin juhlaväki lavan eteen. Siksi lasereissa valo kulkee täydellisessä synkassa.

Fermionit taas rakentavat tavallista ainetta: elektroneja, protoneja, neutronеja. Nämä ovat yksinäisiä susia. Ne kieltäytyvät jakamasta tilaa. Kiitos tämän atomit pysyvät kasassa eivätkä romahda. Ja siksi jaksotetaulussa on monenlaista menoa.

Kaikki näytti selvältä. Joko bosoni tai fermion. Valmista.

Ei aivan.

Mitä jos ulottuvuudet kutistuvat?

Nyt homma muuttuu. Tutkijat huomasivat outoa kamaa, kun hiukkasia puristetaan mataliin ulottuvuuksiin – kuten 2D-pintaan tai 1D-linjalle, ei meidän tuttuun 3D-tilaan.

Kolmiulotteisessa avaruudessa samanlaisten hiukkasten vaihto on simppeliä. Ne lipuvat toistensa ohi. Matemaattisesti vaihto antaa +1 tai -1. Siksi vain kaksi tyyppiä.

Matalissa ulottuvuuksissa ei. Hiukkaset eivät pääse vapaasti ohi. Ne sotkeutuvat toisiinsa. Kuvittele letti aikatilassa – sitä ei saa auki ilman leikkaamista.

Tällainen sotku muuttaa matematiikkaa. Vaihtokerroin voi olla mikä tahansa luku, ei vain +1 tai -1.

Tervetuloa anyonit

Tästä syntyivät anyonit. Ennustettu 1970-luvulla, havaittu kokeissa 2020. Ne eivät ole ei bosoneita eikä fermioneja. Jotain siltä väliltä.

Bosonit ovat bilettäjiä, fermionit erakkoket. Anyonit? Ne sopeutuvat tilanteeseen. Ne elävät maailmassa, jossa säännöt pettävät.

Uusi löytö

Okinawan tiedeinstituutin porukka julkaisi juuri tuloksia: anyonit toimivat myös 1D-järjestelmissä. Ja jännin juttu – niiden ominaisuuksia voi säätää.

Tämä avaa ovia. Kvanttimaailmassa anyoneja on enemmän paikkoja. Ultrakylmät atomijärjestelmät tuovat kokeet lähelle arkea.

Miksi tämä kiinnostaa?

Ajattelet ehkä: "Kiva, mutta mitä hyötyä matalien ulottuvuuksien hiukkasista?"

Äärimmäiset olosuhteet paljastavat totuuden todellisuudesta. Nämä voivat synnyttää kvanttitetoja, joita emme osaa unelmoida. Fysikot joutuvat kyseenalaistamaan perussääntöjä.

Ja kaiken kauneus: maailmankaikkeus on oudompi kuin luulimme. Luultiin, että kaikki on selvää. Sitten ilmestyy kolmas kategoria kvanttien varjoihin.

Tiede on sitä. Säännöt tuntuvat varmoilta, kun joku löytää reiän.

Ja juuri se tekee tieteestä mahtavaa.