任意子是超越傳統分類的第三類粒子，近日研究人員首次找到在一維空間控制任意子的方法，並解釋如何利用現有實驗裝置觀察。
傳統上，物理學家將三維空間所有基本粒子嚴格分為兩類：「社交達人」玻色子以及「邊緣人」費米子，具體取決於相同粒子交換位置後的行為，數學上由於三維空間內粒子交換 1 次位置的結果只有 2 種可能：不變（+1）或變號（-1），因此不是玻色子就是費米子。
玻色子包括傳遞作用力的光子、膠子、W 玻色子、Z 玻色子，賦予基本粒子質量的希格斯粒子也屬於玻色子。白話來說，玻色子喜歡群聚，可以全部擠在同一狀態，這也是我們能製造雷射的原因。
費米子則負責構成物質，包括電子、質子、中子。白話來說，費米子不喜歡擠在一起，每個粒子都必須有點私人空間，這也是原子結構和元素週期表的基礎屬性，以及為何物質有體積而不會縮成一個點。
然而當空間縮小到二維甚至一維等低微度系統，上述二分法規則開始改變，粒子相互移動方式越來越少，交換路徑擠在一起，代表系統在粒子交換位置後無法再回到相同狀態。
打破玻色子/費米子二分法
1970 年代以來，科學家預測存在介於玻色子、費米子之間的第三類粒子，它們交換位置會纏繞，此時交換結果不再只是簡單的 +1 或 -1，而是介於兩者之間任何數值，因此命名為任意子（anyon）。
2020 年，科學家首次在超薄、強磁化半導體系統實驗觀察到任意子，之後主要於二維系統討論。
近日，來自沖繩科學技術大學院（OIST）、奧克拉荷馬大學的研究人員透過控制超冷原子系統單一粒子，首次確定一維系統也可存在任意子，並分析其理論性質：在一維空間，粒子不能互相繞過，而是必須「穿過」對方，物理機制更加獨特。
研究人員還找到透過控制粒子互動強度以手動調整粒子性質的「配方」，且現有裝置可展開實驗（如超低溫原子系統）操控這些奇異粒子，為理解微觀世界開啟全新大門。
新論文發表在《Physical Review A》期刊。
（首圖來源：pixabay）
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