第六百四十九章 关于“任意子”的一个发现（2/2）

另一方面，玻色子是群居的粒子，它们乐于聚在一起，共享相同的量子态。因此，光子（即玻色子）可以相互穿透，使光线不受阻碍地传播，而不是四处散射。

但是，如果当你将一个量子粒子环绕在另一个量子粒子上时，又没有回到相同的量子状态，会发生什么呢？为了理解这种可能性，我们需要稍微离题到拓扑学。如果一种形状可以不经过任何切割或粘合而转变成另一种形状，那么两种形状在拓扑上是等价的。俗话说，甜甜圈和咖啡杯在拓扑结构上是等价的，因为它们可以被轻轻不断地塑造成另一个。

让一个粒子绕着另一个粒子旋转，会产生一个循环。在三维空间中，你可以把这个循环一直缩小到一个点。从拓扑学上讲，这个（粒子）好像根本没有移动过。

然而，在二维空间中，循环不会缩小。它被另一个粒子卡住了。由于这个限制（只有在二维中才会发现），让一个粒子绕着另一个粒子旋转并不等于把它留在同一个地方。

我们需要第三种粒子的可能性：任意粒子。由于它们的波函数不局限于定义费米子和玻色子的两个解，这些粒子可以不是这两个解中的任何一个，而是介于两者之间的任何一个。当威尔切克第一次创造任意子这个词时，它是一种半开玩笑的暗示，意思是任何事情都可以发生。

巴黎索邦大学的物理学家格温达尔·费弗领导了最近的这项实验，他说：“拓扑论证是第一个迹象，表明这些任意子可能存在。”“剩下的就是物理系统了。”

当电子被限制在二维空间运动，冷却到接近绝对零度，并受到强磁场的作用时，非常奇怪的事情开始发生。在20世纪80年代早期，物理学家首先利用这些条件来观察“分数量子霍尔效应”，在这个效应中，电子聚集在一起产生了所谓的准粒子，其电荷只有单个电子的一小部分。（如果把电子的集体行为称为粒子似乎有些奇怪，想想质子，它本身就是由三个夸克组成的。）

1984年，威尔切克、丹尼尔·阿罗瓦斯和约翰·罗伯特·施里弗在一篇两页纸的论文中指出，这些准粒子必须是任意粒子。但科学家们从未在这些准粒子中观察到类似于任意子的行为。也就是说，他们无法证明任意子既不像费米子，也不像玻色子，既不聚在一起，也不完全相互排斥。

这就是这项新研究的目的。2016年，三位物理学家描述了一个类似于二维粒子对撞机的实验装置，用它来把任意子撞在一起。通过测量对撞机中电流的波动，他们能够证明任意子的行为完全符合理论预测。

布朗大学物理学家德米特里·费尔德曼没有参与最近的研究，他说，“一切都与这个理论非常契合，没有任何疑问。”“根据我的经验，这在这个领域是很不寻常的。”

“在很长一段时间里，已经有了很多证据，”威尔切克说。但如果你问：是否存在一种特定的现象，你可以指出并说任意子导致了这种现象，而你无法用其他任何方式解释它。我认为这在一个不同的层面上是非常明显的。”