“降维打击”真的发生过？科学家发现不可思议的“二维粒子”

一种只存在于两个维度上的粒子被发现。

科幻影视剧中展示的“二维文明”。

空间是三维的，时空是四维的。这已经成为很多人的常识。但是最近科学家在微观世界里发现了一种仅存在于两个维度上的奇异粒子。

这些二维粒子是所谓“准粒子（quasiparticles）”的一种，名为“任意子（Anyons）”。它们只在特定条件下，比如接近绝对零度的环境，或强磁场中出现。

“任意子”的理论预言最早是上世纪80年代，由麻省理工学院著名理论物理学家Frank Wilczek提出的。这一发现不仅证实了他的预言，还为量子计算机的发展提供了一个新方向。

今年四月，巴黎École高等师范学校的科学家发现，粒子对撞机中的电子云有奇怪的表现，而这种表现只有当它们周围存在任意子的时候才会出现。今年七月，美国普度大学的科学家利用蚀刻芯片上的实验装置剔除了可能遮蔽任意子行为的交互因素。

任意子不是普通的基本粒子，我们无法把它和产生它的体系隔离开。它们是准粒子的一种，也就是说它们有可供测量的参数，比如位置和质量，但是这种测量只有在把它们当作常规粒子整体行为的结果时才可进行。

宇宙中已知的基本粒子有两大类。一类是费米子，包括电子、质子和中子，以及组成质子和中子的夸克。费米子有一个特点，即两个以上的费米子无法同时处于同一量子态。如果没有这一特性，宇宙中的所有物质都会坍缩为一个点。费米子的这一特性是世间万物得以存在的根本。

第二类是玻色子，包括光子和胶子。光子是光和辐射的载体，而胶子是把夸克粘在一起的“胶水”。两个以上的玻色子可以在同一时间处于同一量子态。它们总是趋向于聚在一起。而这也是激光之所以可以被制造出来的原因。激光其实就是一组处于同一量子态的光子。

但任意子不属于以上两类。任意子具有某种“记忆”特性。

费米子在围绕费米子运行时，其量子态是不变的；玻色子也是一样。但任意子围绕任意子运行时，其整体量子态会发生偏移。任意子要经历3次、5次，乃至更多次的演化后，才会回到它们的原始态。这种波中的细微偏移就像某种对过程的记忆。而这对量子计算很有用。量子计算机的运行依赖量子态，但量子态对错误十分敏感。任意子有潜力成为量子计算数据存储的一种可靠方式。

而对于物理学来说，二维的任意子或许可以为我们打开一扇通往光怪陆离奇异物质世界的门。

参考
Physicists prove the existence of two-dimensional particles called 'anyons'
https://astronomy.com/news/2020/12/physicists-prove-the-existence-of-two-dimensional-particles-called-anyons