【物理学家发现全新量子粒子「分数激子」，挑战传统标准模型分类】

布朗大学物理学家发现一类全新量子粒子，称为分数激子，它同时表现出费米子与玻色子特性，但遵循非玻色子量子统计，为科学家解锁一系列新颖物质量子相，将加深我们对量子物理领域的理解，甚至打开量子计算领域新可能性。

在量子世界中，次原子粒子（比原子还小的粒子，如电子、中子、质子、介子、夸克、胶子、光子、玻色子）常常违反经典物理世界熟悉的规则，它们可以同时存于 2 个地方，穿过坚固障碍，甚至跨越遥远距离进行实时通讯，种种行为看似不可能，却是量子物理学核心。

最近，布朗大学团队发现一类称为分数激子（fractional exciton）的新量子粒子，它们表现出意想不到的行为，不带总电荷，但遵循独特的分数量子统计（fractional quantum statistics）数据。

这项发现围绕着被称为「分数量子霍尔效应（Fractional quantum Hall effect，FQHE）」的现象，该效应建立在经典霍尔效应基础上，极低温度与高磁场下发生的经典量子霍尔效应表明，具电流材料施加磁场后产生的横向电压以明显呈阶梯状的方式增加，但在分数量子霍尔效应中，这些能阶跳跃变得更加奇特，电子气体会凝聚成一种奇异液态。

根据团队新实验，研究人员制造出双层薄石墨烯结构，中间以六方氮化硼绝缘晶体隔开，这让研究人员可以仔细控制电荷运动，并产生称为激子的准粒子，接着将该系统置于强磁场环境（比地球磁场强数百万倍），从中观察到新颖的分数激子，表现出一系列不寻常行为。

激子（exciton）是指一对电子与电洞由静电库仑作用相互吸引构成的束缚态，通常由整数电荷组成，在受电荷分数化影响的双层系统中，可能会出现一种更奇特层间激子形式，于携带分数电荷的成分之间配对，也就是表现出分数量子霍尔效应的激子。

过往对分数激子有许多理论预测，但实验观察结果仍令人难以捉摸。

一般基本粒子通常分为两类：可以共享相同量子态的玻色子，以及遵循包利不兼容原理、两个全同费米子不能占据相同量子态的费米子，而实验观察到的分数激子并不完全属于上述两类，或者说它们具有预期的分数电荷，但行为表现既像玻色子也像费米子，彷彿两者混合体。

某方面来说，分数激子更像任意子（Anyon），然而分数激子的独特性质又有别于任意子，代表分数激子可能是具独特量子特性的全新量子粒子类型。

研究团队证明了激子存于分数量子霍尔体系，且其中一些激子由分数带电粒子配对产生，从而产生行为不像玻色子的分数激子。

团队表示，这种新型粒子未来可能有助改善量子系统信息储存、操作方式，推动速度更快的量子计算机发展。

新论文发表在《自然》（Nature）期刊。