Ketika Anda menukar dua parapartikel, properti tersembunyi ini berubah secara bersamaan. Sebagai analogi, bayangkan bahwa properti ini adalah warna. Mulailah dengan dua parapartikel, satu yang berwarna merah di dalam dan yang lainnya berwarna biru di dalam. Ketika mereka menukar tempat, daripada tetap mempertahankan warna-warna ini, keduanya berubah dengan cara yang sesuai, sesuai dengan matematika dari model tertentu. Mungkin pertukaran tersebut membuat mereka menjadi hijau dan kuning. Ini dengan cepat berubah menjadi permainan yang kompleks, di mana parapartikel saling memengaruhi dengan cara yang tak terlihat saat mereka bergerak.
Sementara itu, Müller juga sibuk memikirkan kembali teorema DHR. “Terkadang tidak begitu jelas apa artinya, karena itu dalam kerangka matematika yang sangat rumit,” katanya.
Timnya mengambil pendekatan baru terhadap pertanyaan parapartikel. Para peneliti mempertimbangkan fakta bahwa sistem kuantum dapat eksis dalam beberapa keadaan mungkin sekaligus—apa yang disebut superposisi. Mereka membayangkan beralih antara sudut pandang para pengamat yang eksis dalam keadaan superposisi ini, masing-masing menggambarkan cabang realitas mereka sedikit berbeda. Jika dua partikel benar-benar tidak dapat dibedakan, maka mereka menduga bahwa tidak akan masalah jika partikel tersebut ditukar tempat di satu cabang superposisi dan tidak di cabang lainnya.
“Mungkin jika partikel itu berdekatan, saya menukar mereka, tetapi jika mereka jauh saya tidak melakukan apa-apa,” kata Müller. “Dan jika mereka dalam superposisi keduanya, maka saya melakukan pertukaran di satu cabang, dan tidak ada di cabang lainnya.” Apakah para pengamat di seluruh cabang memberi label pada dua partikel dengan cara yang sama seharusnya tidak ada bedanya.
Definisi yang lebih ketat tentang ketidakdapatdibedakan dalam konteks superposisi ini memberlakukan pembatasan baru pada jenis partikel yang dapat eksis. Ketika asumsi-asumsi ini berlaku, para peneliti menemukan bahwa parapartikel tidak mungkin. Agar partikel benar-benar tidak dapat dibedakan melalui pengukuran, seperti yang diharapkan fisikawan partikel elemen, maka partikel tersebut harus menjadi boson atau fermion.
Meskipun Wang dan Hazzard mempublikasikan makalah mereka lebih dulu, seolah-olah mereka melihat kendala-kendala Müller datang. Parapartikel mereka mungkin karena model mereka menolak asumsi awal Müller: Partikel-partikel itu tidak tidak dapat dibedakan dalam arti penuh yang diperlukan dalam konteks superposisi kuantum. Ini datang dengan konsekuensi. Sementara menukar dua parapartikel tidak berpengaruh pada pengukuran satu orang, dua pengamat, dengan berbagi data mereka satu sama lain, dapat menentukan apakah parapartikel tersebut telah ditukar. Itu karena menukar parapartikel dapat mengubah bagaimana dua pengukuran orang tersebut berhubungan satu sama lain. Dalam hal ini, mereka bisa membedakan dua parapartikel.
Ini berarti ada potensi untuk keadaan materi baru. Di mana boson dapat mengemas sejumlah tak terbatas partikel ke dalam keadaan yang sama, dan fermion tidak dapat berbagi keadaan sama sekali, parapartikel berakhir di suatu tempat di tengah-tengah. Mereka dapat mengemas hanya beberapa partikel ke dalam keadaan yang sama, sebelum menjadi penuh sesak dan memaksa yang lain ke keadaan baru. Persis berapa banyak yang dapat dipaksa bersama tergantung pada detail parapartikel tersebut—kerangka teoretis memungkinkan untuk pilihan tak terbatas.
“Saya menemukan makalah mereka sangat menarik, dan tidak ada kontradiksi sama sekali dengan apa yang kami lakukan,” kata Müller.
Jalan menuju Realitas
Jika parapartikel ada, kemungkinan besar mereka akan menjadi partikel emergen, yang disebut quasipartikel, yang muncul sebagai getaran energetik dalam bahan-bahan kuantum tertentu.
“Kita mungkin mendapatkan model-model baru dari fase eksotis, yang sulit dipahami sebelumnya, yang sekarang dapat Anda selesaikan dengan mudah menggunakan parapartikel,” kata Meng Cheng, fisikawan di Universitas Yale yang tidak terlibat dalam penelitian tersebut.
Bryce Gadway, fisikawan eksperimental di Universitas Pennsylvania State yang kadang-kadang berkolaborasi dengan Hazzard, optimis bahwa parapartikel akan terwujud di laboratorium dalam beberapa tahun mendatang. Percobaan ini akan menggunakan atom Rydberg, yang merupakan atom yang terstimulasi dengan elektron yang berkeliaran sangat jauh dari inti mereka. Pemisahan muatan positif dan negatif ini membuat atom Rydberg sangat sensitif terhadap medan listrik. Anda dapat membangun komputer kuantum dari atom Rydberg yang berinteraksi. Mereka juga menjadi kandidat yang sempurna untuk menciptakan parapartikel.
“Untuk jenis tertentu dari simulator kuantum Rydberg, ini semacam apa yang akan mereka lakukan secara alami,” kata Gadway tentang menciptakan parapartikel. “Anda hanya menyiapkannya dan mengamati perkembangannya.”
Tetapi untuk saat ini, kerajaan ketiga partikel tetap sepenuhnya teoretis.
“Parapartikel mungkin menjadi penting,” kata Wilczek, fisikawan pemenang Nobel dan penemu anyon. “Tetapi pada saat ini mereka pada dasarnya hanya merupakan keanehan teoretis.”
Kisah asli dicetak ulang dengan izin dari Quanta Magazine, publikasi independen secara editorial dari Simons Foundation yang misinya adalah meningkatkan pemahaman publik tentang sains dengan meliput perkembangan riset dan tren dalam matematika dan sains fisik dan kehidupan.