Исследователям удалось найти неуловимую «частицу ангела», которая длилась 80 лет.
Группа ученых нашла первое доказательство существования майорановского фермиона,гипотетической частицы, предложенной 80 лет назад и являющейся собственной античастица.
В 1928 году физик Поль Дирак предсказал, что у каждой фундаментальной частицы есть античастица - двойник с противоположным зарядом. Если бы частица и античастица встретились, они бы аннигилировали, выпустив при этом взрыв энергии. Но в 1937 году физик Этторе Майорана добавил предсказание о существовании класса частиц, известных как фермионы, который будет включать в себя частицы, которые являются их собственными античастицами.
Теперь исследователи из Стэнфордского и Калифорнийского университетов обнаружили майорановский фермион в серии лабораторных экспериментов с экзотическими материалами. Их возглавляли доцент Калифорнийского университета в Ирвине Цзин Ся и профессор Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе Кан Ван, и следовал плану, предложенному профессором физики из Стэнфорда Shoucheng Zhang.
Профессор Чжан, один из ведущих авторов статьи, изложил свои выводы в перспективе:
«Наша команда точно предсказала, где найти майорановский фермион и что искать в качестве его экспериментальной сигнатуры «дымящегося пистолета», - сказал Чжан. «Это открытие завершает один из самых интенсивных поисков в фундаментальной физике, продолжавшийся ровно 80 лет».
Хотите узнать больше об антиматерии? Пусть Мичио Каку объяснит:
Сложность экспериментов, необходимых для обнаружения майорановского фермиона, делает эту работу «вехой в этой области», - сказал Том Деверо, директор Стэнфордского института материаловедения и энергетических наук.
Нобелевский лауреат по физике-теоретику Франк Вильчек,, не участвовавший в исследованиях, также высоко оценил важность открытия, назвав это «действительно чистое наблюдение чего-то нового» и «настоящая веха».
Фермион, наблюдаемый группой, известен как «хиральный» фермион, поскольку он движется только в одном направлении вдоль одномерной путь.
Эксперимент, результатом которого стала находка, заключался в поиске особой сигнатуры половинной скорости Майораны квазичастиц, которые являются «возбуждениями», которые исходят из того, как электроны ведут себя в сверхпроводящих материалах. Хотя это особые объекты, которые обладают некоторыми свойствами частиц, но на самом деле не являются частицами, встречающимися в природе, квазичастицы по-прежнему считаются настоящими майорановскими фермионами.
Исследователи подали электричество на стопки сверхпроводящих материалов и топологических изоляторов в охлаждаемой камере. Топологический изолятор проводит ток только по своей поверхности или краям, но не через середину. Затем магнит использовался для управления поведением генерируемых электронов, когда они мчались вдоль краев поверхности. Электроны замедлялись, останавливались и меняли свое направление. Этот цикл продолжался до тех пор, пока ученые не идентифицировали майорановские квазичастицы, возникшие благодаря их уникальным скоростям.
Практические последствия этого открытия далеко в будущем, с потенциалом для использования в квантовых вычислениях, где это может помочь преодолеть шум окружающей среды. Чжан называет недавно обнаруженную частицу «частицей ангела», ссылаясь на бестселлер Дэна Брауна «Ангелы и демоны», в котором фигурирует бомба замедленного действия из материи/антиматерии. часть сюжета.
Прочитайте исследование здесь, в журнале Science.
Вы можете посмотреть, как профессор Чжан обсуждает поиск и открытие майорановского фермиона, здесь: