Вселената изглежда подредена. Планетите не се сблъскват хаотично, атомите не се разпадат произволно, а светът около нас, от дъха ни до галактиките, стои цял. Но защо?
Оказва се, че всичко, което изгражда нашия свят, от най-малките частици светлина до най-сложните атоми, се подчинява на едно просто, но фундаментално разделение. Съществуват два вида елементарни частици: едните се държат като „колективисти“, а другите – като убедени „индивидуалисти“. Физиците ги наричат бозони и фермиони. Без това разделение не би съществувала материята.
От Босе и Айнщайн до лазерната светлина
През 1924 г. младият индийски физик Сатяндра Натх Босе се опитва да обясни загадъчното поведение на светлината, излъчвана от горещи тела. Изпраща теорията си на самия Айнщайн, който не само я приема, но и я доразвива. Така се ражда предсказанието за бозоните – частици, които могат да съществуват на едно и също място и в едно и също квантово състояние.
Фотоните – квантите светлина – са най-известните бозони. Именно тяхното "съгласие" позволява съществуването на лазери, както и на фундаменталните сили в природата: електромагнитната, ядрената и вероятно – гравитацията.
Атомният индивидуализъм
Но не всички частици обичат компанията. През 1926 г. Енрико Ферми и Пол Дирак описват фермионите – частици, които никога не споделят едно и също квантово състояние. Всеки електрон трябва да е уникален – с различна енергия, позиция или ориентация.
Точно заради тази "недружелюбност" на електроните се оформят електронните обвивки около атомното ядро. Именно тя обяснява защо атомите са стабилни, защо има химични елементи, молекули, звезди и... нас.
Квантовият ред под въпрос
Това разделение на Вселената – между частици, които могат да се припокриват, и такива, които не могат, е основата на всичко, което съществува. Но дълго време не е било ясно защо е така. Защо някои частици се държат "социално", а други "индивидуално"?
През 1939 г. физикът Маркус Фирц показва, че тази разлика произтича от друга характеристика – спина на частиците. Бозоните имат целочислен спин, фермионите – полуцял. Това е странен, почти магически квантов параметър, който определя как една частица се върти – и как взаимодействат световете около нея.
Тайната, която не владеем
Теоремата за връзката между спина и статистиката е красива, строга и напълно необяснима интуитивно. Тя просто работи. Ако се опитаме да си представим свят, в който тези правила не важат – частиците се държат като нещо средно между бозон и фермион – законите на физиката се сриват.
Сякаш светът е съставен не просто от материя и енергия, а от невидим договор – квантов компромис между хаоса и подредбата.
Ами ако…
Физиката допуска, че в двуизмерни светове могат да съществуват и аниони – частици, които се държат като нещо между бозони и фермиони. В лабораторни условия вече има сигнали за съществуването им, и те може да се окажат ключът към бъдещите квантови компютри.
Но в нашия триизмерен свят тази разделителна линия остава строга. Благодарение на нея материята не се разпада. Космосът стои цял. Макар и само защото частиците са се разбрали – по правила, които ние още не владеем.
