Dostrzeżono fermion Majorany

Genialny włoski fizyk Ettore Majorana już w roku 1937 przewidział istnienie cząstki niezwykłej - nie niosącej żadnego ładunku, będącej jednocześnie swoją antycząstką. Teraz, po 80. latach od teorii, udało się w końcu fermion Majorany dostrzec.

Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles dokonali tego poprzez umieszczenie nad powierzchnią nadprzewodnika cienkiej warstwy materiału izolującego, a następnie zaaplikowano bardzo delikatne pole magnetyczne. Autorzy badań nie mają wątpliwości, że po takim zabiegu udało się zarejestrować pomiędzy obydwoma materiałami charakterystyczny właśnie dla fermionu Majorany skwantyzowany sygnał podobny do tego, jakby pojawiły się tam połówki elektronów - nieuchwytne cząstki poruszały się po krawędzi izolatora tworząc wzór przypominający warkocz.

Cząstki elementarne dzielą się zasadniczo na dwa typy - fermiony i bozony. Do tej pierwszej grupy zaliczamy na przykład elektrony, leptony i kwarki (które z kolei tworzą protony i neutrony). Odpowiadają one za tworzenie materii i zgodnie z Regułą Pauliego nie mogą znajdować się w tym samym kwantowym stanie jednocześnie (dlatego na przykład dwa protony lub neutrony nie mogą być w tym samym miejscu, w tym samym czasie). Do bozonów zaliczają się z kolei na przykład fotony. Fermiony Majorany są zupełnie różne od innych cząstek tego typu.

Standardowe fermiony bowiem posiadają swoje antycząstki - tak na przykład elektron (o ładunku ujemnym) posiada pozyton (o ładunku dodatnim) - które się wzajemnie anihilują tworząc przy tym bardzo energetyczne fotony. Bozony z kolei same są swoją antycząstką (tzn. cząstka i antycząstka wyglądają identycznie) i nie dochodzi do wzajemnej anihilacji gdy stykają się one ze sobą.

I pod tym względem fermion Majorany jest do nich podobny - przy zetknięciu się dwóch cząstek tego typu nic się nie dzieje. Jednak inaczej niż fotony - fermiony Majorany będą się wzajemnie wyniszczać z antymaterią innego typu. Fizycy będą teraz chcieli cząstki te okiełznać. Gra jest warta świeczki, bo fermiony Majorany, ze względu na bardzo dużą stabilność zdają się być stworzone z myślą o komputerach kwantowych - wielokrotnie szybszych i bezpieczniejszych od tych, których używamy obecnie.

Źródło: , Zdj.: UCLA Engineering