Em um mundo tridimensional, todas as partículas devem ser férmions ou bósons, mas em menos dimensões, a existência de partículas conhecidas como anyons, que têm estatísticas quânticas intermediárias, é possível. Acredita-se fortemente que esses objetos fascinantes existem como quasipartículas emergentes em sistemas Hall quânticos fracionários, mas apesar de grandes esforços, evidências experimentais de anyons permaneceram muito limitadas. Uma vez que a estatística quântica é definida através do comportamento da fase da função de onda, quando duas partículas idênticas são trocadas, as primeiras tentativas de detecção de anyon foram baseadas em medições interferométricas usando interferometria de Fabry-Perot ou experimentos de divisão de feixe.

Até aqui, tem havido muitos esforços para melhorar a evidência experimental de anyons, procurando maneiras de estudar o efeito FQH e entender sua física subjacente em sistemas quânticos altamente controláveis, como átomos frios ou simuladores quânticos fotônicos. Existem estudos que mostraram que as interações luz-matéria podem criar e prender quasipartículas fracionárias em gases atômicos ou sistemas eletrônicos, e por meio de imagens de tempo de luz, medir assinaturas de estatísticas fracionárias transportadas pelo momento angular total de um sistema Hall quântico fracionário.

Em um estudo recente publicado em Cartas de revisão física , Tobias Grass, pesquisadores do ICFO, Niccolo Baldelli, e Utso Bhattacharya, liderado pelo ICREA Prof. no ICFO Maciej Lewenstein, e em colaboração com Bruno Julia-Díaz da Universidade de Barcelona, descreve uma nova abordagem para detecção de anyon, que é um elemento crucial para aumentar o conhecimento da matéria quântica exótica.

Ao contrário dos esquemas de detecção anteriores, o estudo de autoria dos pesquisadores abre uma nova possibilidade que não requer troca de partículas nem interferometria. Em vez de, os autores propõem rastrear o comportamento dos anyons ligando partículas de impureza a eles. Especificamente, o momento angular médio de uma única impureza é mostrado para assumir valores característicos que são possivelmente fracionários. Para um sistema de múltiplas impurezas, o momento angular total deve depender de como esses níveis eficazes de impureza única são preenchidos. Surpreendentemente, o valor obtido pelos autores não corresponde ao enchimento de um mar de Fermi nem à condensação de um modo bosônico. Em vez de, o momento angular de impureza interpola entre esses casos limites, e o parâmetro estatístico fracionário dos anyons pode ser inferido imediatamente a partir dessa interpolação.

Seu esquema de detecção requer apenas medições de densidade e pode ser aplicável a fases de Hall quântico Abeliano em materiais eletrônicos, bem como em simuladores quânticos fotônicos ou atômicos. Os autores discutem também possíveis generalizações em relação a anyons não Abelianos. Uma vez que as impurezas realizam um gás não interagente de anyons, seu trabalho também apresenta a possibilidade de estudar a intrincada termodinâmica dos sistemas anyonic.