物理学界长期将三维宇宙中的基本粒子划分为两类：玻色子与费米子。玻色子通常对应光子等力的载体，费米子则包括电子、质子和中子等构成日常物质的粒子。不过，研究指出，当空间维度降低时，这种二元分类不再完备。

冲绳科学技术大学院大学（OIST）与俄克拉荷马大学的研究人员近日在《Physical Review A》发表两篇联合论文，确认在一维系统中存在介于玻色子与费米子之间的粒子类型，并对其理论性质进行探讨。研究团队表示，随着超冷原子体系中对单粒子实验操控能力的提升，这些结果也为在现实实验条件下研究“可调任意子”的基础物理提供了路径。

任意子（anyon）的概念可追溯至20世纪70年代。研究人员指出，这类粒子被认为处于玻色子与费米子之间；而在2020年，任意子首次在超冷、强磁化、单原子厚（二维）半导体界面上被实验观测到。此次新论文则将相关讨论推进到一维体系，并给出可用于实验检验的表征思路。

低维空间下的“交换统计”改变

玻色子与费米子的基本区分，来自两个相同粒子交换位置时系统波函数的变化：在三维空间中，交换后系统要么保持不变（对应玻色子），要么整体取反（对应费米子）。研究人员将这一点与量子不可区分性联系起来：在量子层面，若两个粒子量子性质完全相同，则无法像经典物体那样通过“标记”加以区分，因此交换位置在物理上应等价于未发生可区分的变化。

OIST博士生Raúl Hidalgo-Sacoto在论文相关表述中解释称，用于描述交换事件的数学量“交换因子”需满足其平方等于1的规则，因此在三维情形下只对应+1与-1两种结果，分别对应玻色子与费米子。

研究人员同时指出，这种分类会带来可观测的物理后果：玻色子可表现出“聚集”特性，例如激光中同波长光子的协同行为，或玻色-爱因斯坦凝聚态中超冷原子占据同一量子态；费米子则受泡利不相容原理约束，不能占据同一量子态，这一性质与元素周期表的形成相关。

在低维空间中，粒子交换的路径与拓扑性质发生变化。研究团队表示，由于粒子绕行彼此的方式受限，交换过程在时空中可形成类似“编织”的结构，导致交换不再等同于“无操作”，从而需要用不同于三维二元结果的统计描述。由此，交换因子不再局限于+1或-1，任意子因此成为可能。

一维体系中的任意子与可调控交换统计

在最新研究中，Hidalgo-Sacoto及其合作者提出，一维空间中同样可以打破玻色子/费米子的二元性。研究指出，在一维条件下，粒子无法通过绕行完成交换，只能彼此“穿过”。在这一框架下，交换因子的性质与高维情形不同，并与粒子间短程相互作用强度相关。

研究团队据此提出，交换统计可通过调节相互作用实现精细控制，并可通过粒子的动量分布等方式观察其特征。OIST量子系统组托马斯·布施（Thomas Busch）教授在论文相关表述中称，研究不仅确认了一维任意子存在的可能性，也展示了如何刻画其交换统计，并提出通过动量分布进行观测的思路；实现相关观测所需的实验装置已具备。