एक नए अध्ययन में, संयुक्त राज्य अमेरिका में ब्राउन विश्वविद्यालय के भौतिकविदों ने "फ्रैक्शनल एक्सिटॉन" नामक एक नए प्रकार के क्वांटम कण का अवलोकन किया, जो न तो बोसॉन है और न ही फर्मियन, बल्कि बीच में एक कण प्रकार है। यह खोज क्वांटम क्षेत्र के बारे में वैज्ञानिकों की समझ का काफी विस्तार कर सकती है। प्रासंगिक पेपर नेचर पत्रिका के नवीनतम अंक में प्रकाशित हुआ था।
शोधकर्ताओं का कहना है कि यह नया कण पूर्णांक चार्ज नहीं रखता है लेकिन अद्वितीय क्वांटम सांख्यिकीय कानूनों का पालन करता है। इसके बारे में सबसे रोमांचक बात यह है कि यह पदार्थ के नए क्वांटम चरणों की एक श्रृंखला को खोलता है, वैज्ञानिक अनुसंधान के लिए नए मोर्चे खोलता है, बुनियादी भौतिकी की समझ को गहरा करता है, और क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए नई संभावनाएं लाता है।
अनुसंधान आंशिक क्वांटम हॉल प्रभाव पर केंद्रित है, जो शास्त्रीय हॉल प्रभाव पर आधारित है, जिसमें अनुप्रस्थ वोल्टेज उत्पन्न करने के लिए विद्युत प्रवाह ले जाने वाली सामग्री पर चुंबकीय क्षेत्र लागू करना शामिल है। क्वांटम हॉल प्रभाव बेहद कम तापमान और बेहद उच्च चुंबकीय क्षेत्र पर होता है, जहां यह अनुप्रस्थ वोल्टेज स्पष्ट और स्वतंत्र छलांग में बढ़ता है। भिन्नात्मक क्वांटम हॉल प्रभाव में, यह वृद्धि और भी अजीब हो जाती है, इलेक्ट्रॉन के आवेश का केवल एक छोटा सा हिस्सा।
प्रयोग में, शोधकर्ताओं ने हेक्सागोनल बोरॉन नाइट्राइड इन्सुलेटिंग क्रिस्टल द्वारा अलग किए गए दो-आयामी नैनोमटेरियल ग्राफीन की दो परतों से बनी एक संरचना का निर्माण किया। इस सेटअप ने उन्हें आवेशों की गति को सटीक रूप से नियंत्रित करने और एक्साइटॉन नामक कण उत्पन्न करने की अनुमति दी, जो एक इलेक्ट्रॉन और एक छेद से मिलकर बने होते हैं। फिर, पृथ्वी से लाखों गुना अधिक शक्तिशाली चुंबकीय क्षेत्र में, शोधकर्ताओं ने नए प्रकार के भिन्नात्मक एक्साइटॉन देखे जो असामान्य व्यवहार प्रदर्शित करते थे।
आम तौर पर, प्राथमिक कणों को दो श्रेणियों में विभाजित किया जाता है: बोसॉन और फ़र्मिअन। बोसॉन एक ही क्वांटम स्थिति साझा कर सकते हैं, जबकि फ़र्मियन पाउली अपवर्जन सिद्धांत का पालन करते हैं, जिसका अर्थ है कि दो फ़र्मियन एक ही क्वांटम स्थिति पर कब्जा नहीं कर सकते हैं। हालाँकि, प्रयोगों में देखे गए भिन्नात्मक एक्साइटॉन इन दोनों श्रेणियों में से किसी में भी अच्छी तरह से फिट नहीं होते हैं। यद्यपि उनके पास अपेक्षित भिन्नात्मक आवेश है, उनका व्यवहार बोसॉन और फ़र्मियन दोनों की विशेषताओं को प्रदर्शित करता है, दोनों के संकर के समान, बीच में एक कण प्रकार - कोई भी, लेकिन अद्वितीय गुणों के साथ।
यह अप्रत्याशित व्यवहार बताता है कि फ्रैक्शनल एक्साइटॉन अद्वितीय क्वांटम गुणों वाले कणों के एक पूरी तरह से नए वर्ग का प्रतिनिधित्व कर सकते हैं। अनुसंधान से पता चला है कि एक्सिटॉन फ्रैक्शनल क्वांटम हॉल सिस्टम में मौजूद हो सकते हैं, और इनमें से कुछ एक्साइटॉन आंशिक चार्ज वाले कणों को जोड़कर उत्पन्न होते हैं, जिससे फ्रैक्शनल एक्साइटॉन बनते हैं जो बोसोन की तरह व्यवहार नहीं करते हैं।
शोधकर्ताओं का कहना है कि यह नए प्रकार का कण भविष्य में क्वांटम स्तर पर सूचना के भंडारण और प्रसंस्करण को बेहतर बनाने में मदद कर सकता है, जिससे तेज और अधिक विश्वसनीय क्वांटम कंप्यूटर बन सकेंगे।