文：有钳出品
▲现在大家都在用这张图，看起来很炫酷
宇宙中的所有粒子——从宇宙射线到夸克——都可以分为两类，即：费米子或玻色子。所以说，曾经自然界的组成部分可以说是由两种不同的“粒子王国”组成的，但是现在，研究人员已经正式脱离理论阶段，发现了第三个粒子王国的第一位成员。
这个新成员被叫做“任意子”，虽然这个名字听起来起的挺任意的，但是既然是得到一大堆科学家起的名字，必然是有其深意的（暂且按下不表，稍后有介绍）。
众所周知（这个“众”反正是不包括小钳的，不知道读者朋友们在不在这个“众”中间），任意子的行为既不像费米子，当然也不像玻色子，而是介于两者之间。在近期，科学家们在在《Science》杂志上的发表了一篇论文，在该论文中，他们表示已经首次获得了任意子存在的实验证据，这也就意味着“任意子”这种听起来颇具有奇幻色彩的粒子已经为我们敲开了第三粒子王国的大门。
▲如果一种粒子行为很任意，那么它大概就能被叫做“任意子”
“我们已经有了玻色子和费米子王国，现在我们步入了第三个粒子王国。”诺贝尔物理学奖和麻省理工学院奖获得者弗兰克·威尔泽克说。 “这绝对是一个里程碑。”
（以贫瘠的知识）强行介绍一下任意子（Anyon）
在介绍任意子之前，还是让我们先看一下玻色子和费米子吧。
①费米子
在由全部相同的粒子组成的系统中，如果仅允许一个粒子容纳在系统的一个量子状态（即：由一组量子数确定的微观状态）中，则这些粒子称为费米子。例如，两个电子不能处于相同状态，因此，电子就属于费米子。
②玻色子
玻色子正好相反。两个相同的玻色子可以处于相同的状态。光子是玻色子的典型例子。
▲在超过二维平面的空间中，自旋统计理论界定任何粒子只能是费米子或者玻色子
从以上的描述可以看出：费米子在粒子世界中是“孤独患者（误）”，它们永远不会占据相同的量子态。因此，作为费米子的第一代表——电子——被迫进入原子周围的原子壳中。这个看似简单的现象导致原子中产生了惊人的空间（于微观尺度而言），这也就是导致元素周期表产生了令人惊讶的变化，化学诞生了，你要背的东西变多了... ...
另一方面，玻色子是“社交达人”，它们乐于聚集在一起并共享相同的量子态。因此，作为玻色子第一代表——光子——可以互相穿越，从而才能够不受阻碍地传播而不是四处散射。
那么，现在问题来了：如果一个量子粒子既不会聚集在一起，也不会完全排斥呢？
这句话听起来有那么一点奇怪，毕竟现实世界中，并不是那么地非黑即白，很多东西都是处在不同的灰度层级，但是在科学研究上就不同了，为了便于理解，可能还要介绍一点拓扑学的知识，当然我也无意详细介绍，举两个例子吧：
▲在拓扑学中，一个杯子和一个游泳圈/面包圈/任何环形物体都是相同的
▲在拓扑学中，一头母牛（或者你）和一个球/蛋等任何球体都是相同的
在这种奇妙的科学世界里，你要找出点介于相同与不同之间的东西可真不容易，而在粒子方面，就有下面这个例子：
想象一个粒子围绕另一个粒子旋转。在三维空间，绕圈圈的粒子如果慢慢收缩旋转半径的话，可以通过不同路径慢慢收缩到一个点，其中不会和中心粒子相撞，这在拓扑学上等效于该粒子没有旋转。
但是，在二维空间内，这颗粒子就没办法在不碰到中心粒子的情况下慢慢缩小半径到一点。这是用费米子和玻色子都无法解释的问题。
因此，科学家认为存在第三种粒子，这就是任意子。由于它们的波动函数不仅限于定义费米子和玻色子的两个解，所以这种粒子既不属于这两个解，也不属于它们之间的任何事物。当科学家第一次创造“任意子”这个词时，他所想的就是这种粒子可能“有任意一种行为”，所以任意子就这么诞生了。
这是严肃的试验
巴黎索邦大学的物理学家格温达尔·费夫（GwendalFève）组织了本文开头所提到的实验，以证明任意子的真实存在。他表示：“拓扑论证是任意子存在的第一个提示，我们正在寻找的是物理验证。”
当电子被限制为二维运动，冷却到接近零的绝对值并经受强磁场时，会发生非常奇怪的事情。在1980年代初期，物理学家首次使用这些条件来观察“分数量子霍尔效应”在此过程中，电子聚集在一起产生所谓的准粒子，其电荷仅占单个电子电荷的一小部分，虽然并不能准确理解这代表什么，但是既然是超出常规认识的东西，自然就需要有些超出常规的解释。
1984年，Wilczek，Daniel Arovas和John Robert Schrieffer撰写了两页的开创性论文：这些准粒子能且只能是任意子。但是科学家们从未在这些准粒子中观察到类似于理论中的任意子的行为。换句话说，它们不能证明任何粒子都不同于费米子或玻色子，也就是说——它们不能大量聚集，也不能完全互斥。
新研究想要做的就是完成这一证明。 2016年，三位物理学家在发表的论文中描述了一种实验装置，该装置在二维上（考虑上文的二维粒子绕圈圈例子）类似于微型粒子对撞机。 近年来，科学家们又在此基础上构建了类似的仪器，并使用该仪器执行了任意子碰撞实验。通过测量对撞机中的电流波动，他们希望证明任意子行为与理论预测一致。
▲嘭（不存在这种声音）碰撞开始了
在碰撞实验中，有意思的事情发生了：出口处的任意子既没有完全分离，也没有完全聚集，更重要的是聚集程度远小于玻色子的聚集程度。因此，他既不是玻色子，也不是费米子，那么自然就是“任意子”了，所以这也就成了第一次证明任意子存在的实验。
新证实的粒子会对量子科学带来什么样的影响？我们拭目以待。
