Hypotetisk partikkelkalender: 16. desember – Anyoner

Hvilke partikler finnes i naturen? Vi vet om en hel del – men vi vet også at det må være flere igjen å finne. [Bilde: http://www.particlezoo.net]

Anyoner – hva skjer når partikler går på ekstrem slankekur?

Vi vet i dag omtrent hvilke partikler naturen består av. Samtidig er det mange mysterier igjen å forstå, og flere av dem antyder at det finnes enda flere partikler der ute enn de vi har oppdaget hittil. Men hvilke? Hva slags egenskaper må de ha, hvordan kan de lages, og ikke minst hvordan kan de eventuelt oppdages? I den stille adventstid gir kollokvium deg en hypotetisk partikkel hver dag, og ser fremover mot de store oppdagelsene fysikere kan håpe å gjøre i årene som kommer.

«In two-dimensional systems, however, quasiparticles can be observed which obey statistics ranging continuously between Fermi–Dirac and Bose–Einstein statistics, as was first shown by Jon Magne Leinaas and Jan Myrheim of the University of Oslo in 1977.»

Sitatet over er fra wikipedia-artikkelen om en hypotetisk partikkel: Anyonet. Der er absolutt ikke dagligdags at en anerkjent mulig partikkel tilskrives to nordmenn, og ideene til Leinaas og Myrheim har en naturlig plass i en kalender som denne. Samtidig er anyonene veldig annerledes enn de hypotetiske partiklene vi har diskutert til nå – men likevel nært i slekt. Hvordan kan det henge sammen?

Grafen - et elektrisk ledende flak av karbon. Fang partikler her, så er de i praksis todimensjonale. Endrer det noe på fysikken?

Grafen – et elektrisk ledende flak av karbon. Fang partikler her, så er de i praksis todimensjonale. Endrer det noe på fysikken?

Anyon er egentlig navnet på en hel gruppe partikler, snarere enn en enkelt. Det som skiller dem fra de partiklene vi har diskutert til nå er at de ikke lever i tre-dimensjonale rom slik vi gjør, men derimot i to-dimensjonale. Mens kvarker, leptoner, gravitoner og supersymmetriske R-hadroner kan fly rundt over alt, er anyoner et fenomen som kanskje dukker opp når vi begrenser verden til innsiden av et A4-ark eller noe annet flatt noe.

Vanlige partikler har to hovedtyper: Fermioner og bosoner. Bak disse navnene skjuler det seg en helt enkel forskjell i oppførsel: Fermioner er som vanlig stoff, og hvis du bygger en pyramide av fermioner så blir den nettopp en pyramide. De blir liggende oppå hverandre – eller for de spesielt interesserte: de kan ikke være i samme kvantetilstand. Bosoner, dermot, er fermionenes rake motsetning. Bygger du en pyramide av bosoner kan du fortsatt ende opp med bare én liten klump – partiklene kan smelte sammen til en eneste stor tilstand (noe fysikere har vist i eksperimenter ved å lage et såkalt Bose-Einstein-kondensat). I standardmodellen for partikkelfysikk er stoffpartiklene – kvarker og leptoner – alle fermioner, mens kraftpartiklene – gluoner, fotonet, W, Z og eventuelt gravitonet – er bosoner.

Så langt er alt fryd og gammen.

I 1977 viste Leinaas og Myrheim noe spennende. Dersom vi lar verden krympe til to dimensjoner, i motsetning til de vanlige tre, så endrer egenskapene til partiklene seg. Vi kan få det som kalles kvasipartikler – partikler som plutselig ikke kan oppføre seg helt som de vil siden de er presset sammen i en retning – og disse kan ha en blanding av fermion- og boson-egenskaper. Der vår 3D-verden er sort/hvitt så er 2D-verdenen i full farge. Partikler blir rett og slett enda mye mer spennende hvis verden er flat.

…men har dette noe som helst med verden å gjøre? Lenge hadde det ikke det, men i de senere år har vi begynt å kunne gjøre eksperimenter med to-dimensjonale systemer. De har til og med blitt veldig viktige for teknologi. Et lag av grafen, for eksempel – det flotte karbon-materialet som det ble gitt Nobelpris i fysikk for i 2010 – er i 2D. Hva slags egenskaper får et elektron som beveger seg i et slikt materiale?

Gjennom mye av 2000-tallet har det kommet hint om at man har sett anyon-aktige egenskaper i tynne materialer. Per i dag er dette ikke helt etablert, men etter hvert som forskningen rundt tynne halvledere blir mer og mer viktig kommer anyonene og deres mulige anvendelser oftere og oftere på banen. Dersom de etableres som virkelige har vi ikke bare fått en ny partikkel, men en helt ny partikkelklasse – og teknologer har en helt ny kasse med leker å ta for seg av når de skal designe fremtiden. Og, ikke å forglemme: To nordmenn vil ha stilt seg langt frem i køen for en viss gjev fysikkpris og en tur til Stockholm… Uansett er anyoner spennende saker, og vi venter i spenning på hva eksperimenter sier i de kommende årene.

One comment

  1. Carbomontanus · desember 17, 2012

    Samset

    i denne søde juletid,..

    Tillat meg å banne litt i Kirken, men vi er protestandet ikke sant? Eddington var Kveker forresten, og jeg har hans Philosophy of physical science og Nature of the physical world på pensum til grunnfag. Eddington står med bare ett ben på pidestallen akkurat som SIR Fred Hoyle. Også Eddington tøvet endel. Men jeg skal hilse og si at akkurat det pensumet for meg har vært en allerbeste lærebok i musikkakustikk, hvor det nettop er slik at fysikken må forståes på bevisstheten og mentalitetens premisser. Mursteinsfunkisen i det klassisk industriale rom, dette med «Materiens fundamentale bygge- stener..» og sandstormteorien om luften med spiralfjærer mellom sandkornene., så tørr at selv ETEREN har forduftet, er hjelpeløs når vi kommer til klangfigurer i luft. De svinger ikke som en spiralfjær med lodd i enden men mere som et luftmolekyl.

    Jeg nevnte under kapittel 13 om grunnstoffet Kontroversium. Man tager en pingpongball og vibrerer den i vannflaten og bruker sinus tonegenerator med forsterker. Observer, og fotografer.

    Jeg skal hilse og si jeg fikk kjeft for det der av salig Gjøtterud, han som aldri var å se på roterommet men som visste myyyyy- e bedre enn som så. Han slo på med at det var noe jeg ikke hadde forstått enda…. og kalte det «Københavnerskolens fortolkning». Men jeg hadde Københavnerskolens fortolkning allerede på russekortet mitt, og er elev både av Piet Hein og Niels Bohr.

    Et elektron elektronet i bestemt form entall…Niels Bohr har engang uttalt seg om det.

    «Professor Bohr, tror De på Elektronets eksistens?»

    «: Tja… hmmm… nei.. jeg tror nok ikke det eksisterer slik som dører og vinduer og stoler og bord og tavle og kritt og pekestokk som vi ser rundt om oss her i rommet,… men de apparater på Laboratoriebenken hvorved vi kan formode dets eksistens,.. de eksisterer!»

    Mitt begrep, og jeg har mange elektronbegreper viser det seg, er just ikke en partikkel eller en prikk som går i bane rundt om et atom. Jeg tror det er tilstede i hele sitt virkningsfelt. Og da blir det med en gang meget større enn en slik prikk. Og vil være tilstede over hele det elektriske felt. Men dets virkninger vil kunne være punktuale og korpuskulære.

    Men hva som faktisk interesserer meg da er om atomkjernen har ekstensjoner og virkninger utover hva vi regner som kjerneradien, (Hvor protonet er enkleste eksempel) og særlig er jeg interessert i slike virkninger som vi direkte kan se og høre og føle. Det er jo klar forskjell på vannstoff og surstoff og kullstoff. Vær klar over sånt som at citronens surhet er en direkte kvalitativ sansing av H+ konsentrasjonen i vann.

    Jeg leste at gullets gulhet skyldes en relativistisk effekt ved de innerste elektroner ved kjernen der tyngdefeltet er sterkt nok for dette. Man har endel slike kjemiske abnormiteter og rariteter i de tyngste grunnstoffer, som idag tilskrives relativisme. Og da spør jeg videre om kjernekjemien har tydelige virkninger utover i feltet og rommet, slik at det rett og slett er makro synlig og sansbart.

    Det er opplest og vedtatt at du får ikke til kjernereaksjoner med klassisk kjemiske metoder. Det var Bequerel og Curie og Rutherford som fant ut det. Men det er dog ikke helt sant, for man bruker dynamitt og får en atombombe til å smelle. Og så bruker man partikkelakselerator og skyter, og da bruker man klassisk mekanisk vacuumpumpe og klassisk elektrisk høyvoltanlegg.

    Men motsatt, om kjernekjemien og dette subatomært partikulære, om det har sine direkte og ganske innlysende og selvfølgelige og ganske dagligdagse og trivielle ekstensjoner i tilværelsen,….. tenk det er jeg tilbøyelig til å formode.

    Slå den!

Legg igjen en kommentar

Fyll inn i feltene under, eller klikk på et ikon for å logge inn:

WordPress.com-logo

Du kommenterer med bruk av din WordPress.com konto. Logg ut / Endre )

Twitter picture

Du kommenterer med bruk av din Twitter konto. Logg ut / Endre )

Facebookbilde

Du kommenterer med bruk av din Facebook konto. Logg ut / Endre )

Google+ photo

Du kommenterer med bruk av din Google+ konto. Logg ut / Endre )

Kobler til %s