Сам электрон остается неделимой элементарной частицей, однако внутри некоторых материалов электроны способны коллективно вести себя так, словно существуют новые квазичастицы с дробным электрическим зарядом. Именно такой эффект физики исследовали в состоянии дробного квантового эффекта Холла с коэффициентом заполнения ν = 1/2.
Эксперименты независимо провели специалисты EPFL в Швейцарии и Института Вейцмана в Израиле. Электроны находились в слое арсенида галлия толщиной 70 нанометров, охлажденном до чрезвычайно низкой температуры и помещенном в сильное магнитное поле.
Чтобы определить заряд квазичастиц, ученые использовали квантовый точечный контакт — микроскопическое сужение, через которое проходил электрический ток. Небольшая часть квазичастиц случайным образом отражалась от него, создавая так называемый дробовой шум. Анализ этих электрических флуктуаций позволяет определить заряд отдельных носителей.
Несмотря на использование двух независимых экспериментальных установок, результаты практически совпали. В одном случае ученые получили заряд 0,250 ± 0,013 от заряда электрона, а во втором — 0,249 ± 0,018. Оба значения соответствуют e/4, то есть одной четверти заряда электрона.
Особый интерес состояние ν = 1/2 вызывает из-за предположения, что в нем могут существовать неабелевы анионы. Их квантовое состояние зависит от взаимного перемещения частиц, благодаря чему информацию теоретически можно хранить в более устойчивой к локальным ошибкам форме. Именно этот принцип лежит в основе идеи топологических квантовых компьютеров.
Однако обнаружение заряда e/4 само по себе еще не доказывает существование неабелевых квазичастиц: такой заряд допускают сразу несколько возможных квантовых состояний. Следующим шагом станут эксперименты, в которых физики попытаются непосредственно определить статистику квазичастиц и проверить, как их квантовое состояние меняется при перемещении относительно друг друга.
