参考消息网5月20日报道 据西班牙《趣味》月刊网站4月23日报道，一种新的量子框架使我们能够探索那些不符合经典分类的行为。当基本规则不再是二进制时，会发生什么？

构成宇宙的粒子在相互交换时似乎遵循着非常简单的规则。实际上，这种交换，即两个全同粒子的位置互换，在很大程度上决定了其物理性质。长期以来，这种行为仅被划分为两种众所周知的模式，而这为理解从原子到最复杂的材料奠定了基础。

一项科学研究探讨了当这一看似封闭的框架不再足够时会发生什么。基于对一维系统的研究，研究人员构建了一个理论框架，该框架能够描述具有中间性质的粒子，从而为理解那些不符合传统分类的量子现象开辟了一条新途径。这一突破不仅限于数学上的奇思妙想，更与实际实验相关，同时为控制新型物质形态提供了可能性。

在量子物理中，全同粒子无法作为独立个体被区分。这意味着在交换粒子时，系统必须保持其本质不变。这一看似简单的数学要求却具有深远的影响，因为在通常条件下，只允许有两种结果：粒子的波函数保持不变，或者波函数符号发生改变。

这两种可能性界定了玻色子和费米子。前者可以共享量子态，从而产生玻色-爱因斯坦凝聚等现象；后者则受泡利不相容原理的约束，而该原则界定了普通物质的结构。几十年来，这种划分一直是现代物理学最坚实的基础之一。

然而，这一框架取决于粒子运动的空间维度。在三维空间中，粒子的轨迹可以相互避让并重新排列，且不会产生拓扑学上的后果。但当运动受到限制时，例如在一维系统中，这种自由便不复存在。粒子无法再彼此“绕行”，而必须以更直接的方式相互作用，这就彻底改变了游戏规则。

该研究的核心在于一个简单却颇具潜力的观点：引入一个连续参数来描述系统在交换两个粒子时的变化。不再局限于+1或-1，而是出现了一个依赖于该参数(称为α)的相位。

上述研究对此作出明确阐述，指出“在交换两个全同粒子时，波函数会获得一个取决于统计参数α的相位”。这一技术细节蕴含着一场概念革命，因其允许定义经典两极之间的中间状态。

从实际意义上讲，这意味着量子行为可以连续调节。当α为0时，系统表现为一组玻色子；当α为1时，则表现为费米子。但在这两个值之间，出现了一系列新的可能性。这并非一种混合，而是一种截然不同的量子统计类别。

这种转变并非仅是形式上的。根据该研究的分析，它影响了波函数、相互作用以及可观测性质的描述方式。系统不再具有通常意义上的对称性，而是获得了自身独特的特征，例如对交换条件的依赖性变得更为丰富。

该研究的一个关键方面是使用了零阶相互作用，这是一种理想化模型，其中粒子仅在完全重合时才会发生相互作用。尽管听起来有些极端，但这种方法在量子物理学中很常见，因其捕捉到了低能条件下真实系统的本质行为。

研究表明，在这些条件下，可以构建一个符合任意子统计规律的势能。这要求系统中“对称”部分与“反对称”部分之间保持非常精确的平衡，而这种平衡在更简单的模型中并不存在。

尽管该研究仅关注两个粒子，但其影响远不止于此。研究人员强调，该系统是理解更复杂系统的基石。这种简单性使得研究人员能够在不牺牲严谨性的前提下，将本质效应孤立出来，这对理论物理学至关重要。

该研究或将对量子计算或高度相关系统设计等领域产生影响。尽管距离具体应用还有很长的路要走，但概念框架已然确立。（编译/刘丽菲）