Att utforska en enhetlig teori för all materia

Alireza Ataei som ska disputera i matematik vid Uppsala universitet 2026, har tack vare ett anslag från Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse erhållit en postdoktoral tjänst hos professor Phan Thành Nam vid Ludwig-Maximilians-Universität München, Tyskland.

Ett av de centrala forskningsområdena inom matematisk fysik är studier av materiens grundläggande struktur. Inom partikelfysiken delas materiens minsta beståndsdelar i två huvudtyper: bosoner och fermioner. Fermioner omfattas av uteslutningsprincipen som förbjuder två identiska fermioner att befinna sig samtidigt i exakt samma tillstånd. Denna princip utgör en grundpelare för förståelsen av allt från atomernas uppbyggnad till det periodiska systemets struktur. Bosoner, däremot, kan samexistera i samma tillstånd, vilket möjliggör kollektiva fenomen såsom laserljus och supraledning.

Något helt nytt uppträder när partiklarna är begränsade till att röra sig i endast två dimensioner, som i extremt tunna material. Då antar partiklarna en form som kallas anyoner, ett mellanting mellan bosoner och fermioner. Anyoner förutsades teoretiskt redan på 1970-talet och fick sitt namn i början av 1980-talet av den amerikanske Nobelpristagaren Frank Wilczek, som också visade att de kan ha helt nya egenskaper. Under lång tid förblev anyonerna enbart en teoretisk konstruktion, men i början av 2020-talet lyckades forskare för första gången observera dem direkt i experiment. Trots detta genombrott är anyonernas kollektiva beteende fortfarande ett av de stora olösta mysterierna inom modern fysik.

Målet för projektet är att utveckla en enhetlig teori för elementarpartiklarna där bosoner och fermioner kommer att betraktas som specialfall av anyoner. Projektets inverkan kan sträcka sig långt bortom matematiken, med betydelsefulla konsekvenser för både vår förståelse av kvantfysiken och för framtida tillämpningar, inte minst inom utvecklingen av kvantdatorer. 

Foto: Privat