Traduction et commentaires de RICHARD OLIVIER HARTMANSHENN
Discovery of new class of particles could take quantum mechanics one step further
La découverte d'une nouvelle classe de particules pourrait faire avancer la mécanique quantique
par Brown University
Appariement excitonique et effet Hall quantique fractionnaire dans la bicouche Hall quantique. Crédit : Naiyuan J. Zhang et al,
Parmi les nombreux mystères de la physique quantique, les particules subatomiques ne suivent pas toujours les règles du monde physique. Elles peuvent exister à deux endroits à la fois, traverser des barrières solides et même communiquer instantanément sur de vastes distances. Ces comportements peuvent sembler impossibles, mais dans le domaine quantique, les scientifiques explorent un ensemble de propriétés autrefois considérées comme impossibles.
Dans une nouvelle étude, des physiciens de Brown University ont maintenant observé une nouvelle classe de particules quantiques appelées excitons fractionnaires, qui se comportent de manière inattendue et pourraient considérablement élargir la compréhension des scientifiques du domaine quantique.
"Nos découvertes pointent vers une toute nouvelle classe de particules quantiques qui ne portent aucune charge globale mais suivent des statistiques quantiques uniques", a déclaré Jia Li, professeur associé de physique à Brown.
« Le plus passionnant, c'est que cette découverte ouvre la voie à une série de nouvelles phases quantiques de la matière, ouvrant une nouvelle frontière pour la recherche future, approfondissant notre compréhension de la physique fondamentale et ouvrant même de nouvelles possibilités en calcul quantique. »
Aux côtés de Li, la recherche a été menée par trois étudiants diplômés – Naiyuan Zhang, Ron Nguyen et Navketan Batra – et Dima Feldman, professeur de physique à Brown. Zhang, Nguyen et Batra sont les co-premiers auteurs de l'article, qui a été publié dans Nature le mercredi 8 janvier.
La découverte de l'équipe est centrée sur un phénomène connu sous le nom d'effet Hall quantique fractionnaire, qui s'appuie sur l'effet Hall classique, où un champ magnétique est appliqué à un matériau avec un courant électrique pour créer une tension latérale.
L'effet Hall quantique, qui se produit à des températures extrêmement basses et des champs magnétiques élevés, montre que cette tension latérale augmente par sauts clairs et séparés. Dans l'effet Hall quantique fractionnaire, ces étapes deviennent encore plus particulières, n'augmentant que de quantités fractionnaires – transportant une fraction de la charge d'un électron.
ans leurs expériences, les chercheurs ont construit une structure avec deux fines couches de graphène, un nanomatériau bidimensionnel, séparées par un cristal isolant de nitrure de bore hexagonal. Cette configuration leur a permis de contrôler soigneusement le mouvement des charges électriques. Elle leur a également permis de générer des particules appelées excitons, qui se forment en combinant un électron et l'absence d'électron, appelé trou.
Ils ont ensuite exposé le système à des champs magnétiques incroyablement puissants, des millions de fois plus puissants que ceux de la Terre. Cela a aidé l'équipe à observer les nouveaux excitons fractionnaires, qui ont montré un ensemble inhabituel de comportements.
Les particules fondamentales se répartissent généralement en deux catégories. Les bosons sont des particules qui peuvent partager le même état quantique, ce qui signifie que beaucoup d'entre elles peuvent coexister sans restrictions. Les fermions, en revanche, suivent ce que l'on appelle le principe d'exclusion de Pauli, selon lequel deux fermions ne peuvent pas occuper le même état quantique.
Les excitons fractionnaires observés dans l'expérience, cependant, ne correspondaient clairement à aucune de ces deux catégories. Bien qu'ils aient eu les charges fractionnaires attendues dans l'expérience, leur comportement a montré des tendances à la fois pour les bosons et les fermions, agissant presque comme un hybride des deux. Cela les a fait ressembler davantage à des anyons, un type de particule qui se situe entre les fermions et les bosons, mais les excitons fractionnaires avaient des propriétés uniques qui les distinguaient également des anyons.
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"Ce comportement inattendu suggère que les excitons fractionnaires pourraient représenter une toute nouvelle classe de particules avec des propriétés quantiques uniques", a déclaré Zhang. "Nous montrons que les excitons peuvent exister dans le régime Hall quantique fractionnaire et que certains de ces excitons proviennent de l'appariement de particules à charge fractionnaire, créant des excitons fractionnaires qui ne se comportent pas comme des bosons."
L'existence d'une nouvelle classe de particules pourrait un jour contribuer à améliorer la manière dont l'information est stockée et manipulée au niveau quantique, ce qui permettrait d'obtenir des ordinateurs quantiques plus rapides et plus fiables, a noté l'équipe.
« Nous avons essentiellement ouvert une nouvelle dimension pour explorer et manipuler ce phénomène, et nous commençons seulement à en effleurer la surface », a déclaré Li. « C'est la première fois que nous montrons expérimentalement que ces types de particules existent, et nous étudions maintenant plus en profondeur ce qui pourrait en résulter. »
Les prochaines étapes de l'équipe consisteront à étudier la manière dont ces excitons fractionnaires interagissent et si leur comportement peut être contrôlé.
« Nous avons l'impression d'avoir le doigt sur le bouton de la mécanique quantique », a déclaré Feldman. « C'est un aspect de la mécanique quantique que nous ne connaissions pas ou, du moins, que nous n'appréciions pas jusqu'à présent. »
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COMMENTAIRES
. Il y a 15 jours je vous ai présenté un premier article sur un dispositif créant une nouvelle classe de peudo particules ....
L article d aujourd hui part dans une tout autre dirction et s inspire de la gamme des phénomènes quantiques découlant de l intrication ... Il semble que la découverte d'une autre encore nouvelle
classe de particules pourrait se produirer ....
Parmi les nombreux mystères de la physique quantique, certaines
particules subatomiques ne suivent pas toujours les règles du monde physique. Elles peuvent exister à deux endroits à la fois, traverser des barrières solides et même communiquer instantanément sur de vastes distances. Ces comportements peuvent sembler actuellement inexplicazbles pour beaucoup ,
mais dans le domaine quantique, les scientifiques de l article semblent s intéresser à
de propriétés autrefois considérées comme impossibles.
2/Pour mes élèves :que
pe-on voir des particules quantiques ?
Le motif d'interférence qui en résulte sur un écran derrière la barrière visuelle
indique d abord un comportement
ondulatoire
ides particules. Bien que nous ne «voyions» pas directement les particules elles-mêmes , nous observons leurs effets et leurs motifs.
3/Et pour les chercheurs descrition sur interner d un article complet de Quora :''Peut-on voir directement les particules quantiques ? -
À la recherche de l'inconnu
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XXXMore information: Naiyuan J. Zhang et al, Excitons in the fractional quantum Hall effect, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-024-08274-3. www.nature.com/articles/s41586-024-08274-3
Journal information: Nature
Provided by Brown University
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