Если вы считаете, что поиски бозона Хиггса, неуловимой "частицы Бога", которая обеспечивает массу всех других частиц, был самым грандиозным поиском в истории науки, то вы, безусловно, правы. Но научное мировое сообщество постоянно производит и поиски других экзотических частиц, которые обставлены гораздо менее помпезно, нежели поиски бозона Хиггса, но которые тоже дают результаты, оказывающие огромное влияние на дальнейшее продвижение науки и технологий. И к такому поиску можно смело отнести поиски экзотической субатомной частицы, которая одновременно является своей собственной античастицей, существование которой было теоретически обосновано еще в 1930-х годах и которая является еще одним кандидатом на звание частицы темной материи. И вот недавно, при помощи огромного и высокоточного микроскопа, высотой с двухэтажное здание, эта очень странная частица, майорановский фермион, была, наконец, обнаружена группой ученых из Принстонского университета.
Майорановский фермион получил свое название в честь итальянского ученого-физика Этторе Майорана (Ettore Majorana), который в одной из своих работ в 1937 году вывел теоретические обоснования возможности существования таких частиц, дал описание возможной структуры и свойств этой уникальной частицы. Согласно этой работе, майорановский фермион, являющийся одновременно и веществом и антивеществом, может существовать в природе, эта частица обладает очень высокой стабильностью и очень слабо реагирует с обычной окружающей нас материей. Именно последнее указанное свойство майорановского фермиона весьма затрудняло его поиски и обнаружение, которые продолжались почти 80 лет.
Поиски майорановского фермиона кардинально отличаются от поисков других элементарных частиц. К примеру, для "охоты" на бозон Хиггса потребовалось строительство самого мощного ускорителя частиц, Большого Адронного Коллайдера, в недрах которого циркулируют такие энергии, которые сопоставимы с энергией Большого Взрыва. Короткоживущие частицы, возникающие в результате столкновений других высокоэнергетических частиц, обнаруживаются по специфическим последовательностям и продуктам их распада.
Майорановские фермионы, в отличие от других частиц, могут быть обнаружены только по очень слабым следам эффектов их влияния на атомы вещества и силы межатомных взаимодействий. Для этого не требуется мощнейших ускорителей частиц, для этого необходимы мощнейшие высокочувствительные туннельные микроскопы с высокой разрешающей способностью. Кроме этого, требуется очень точная настройка микроскопа на материал, в котором осуществляется поиск, ведь только таким образом майорановский фермион может быть выделен из окружения и могут быть получены его изображения.
Теория Этторе Майорана предполагает, что майорановский фермион возникает на границе двух материалов. Для того, чтобы соблюсти это условие, группа из Принстонского университета изготовила на поверхности свинцовой подожки участок железного проводника, толщина которого составляет всего один атом. А собственно поиск и съемка производились при помощи мега-микроскопа лаборатории ультранизкочастотных вибраций Принстонского университета.
Для того, чтобы произвести успешные поиски майорановского фермиона ученым потребовалось полностью избавиться от шума тепловых колебаний атомов. Для этого железный проводник был охлажден до температуры в -272 градуса по шкале Цельсия, т.е. практически до температуры 1 градуса выше абсолютного нуля. При такой температуре оба металла перешли в сверхпроводящее состояние, создав идеальные условия для формирования майорановского фермиона.
В результате всех предпринятых усилий по удалению всех возможных источников помех ученые получили сигналы, соответствующие факту существования майорановского фермиона в месте, которое точно соответствует теоретическим расчетам. При этом, ученым не потребовалось для этого огромных энергий и каких-либо экзотических и дорогостоящих материалов.
Теперь, после того, как ученым удалось обнаружить факт существования майорановского фермиона, некоторые области современной физики могут пойти по совершенно иным путям развития. К примеру, майорановский фермион очень слабо взаимодействует с обычной материей, в чем он похож на другую экзотическую и неуловимую частицу, частицу нейтрино. Несмотря на то, что частиц нейтрино во Вселенной существует очень и очень много, ученым еще точно неизвестно, есть ли у них античастица, антинейтрино, или частицы нейтрино подобны майорановским фермионам. Если это так, то и нейтрино и майорановские фермионы являются кандидатами на звание частиц загадочной темной материи.
Еще одним вероятным практическим применением майорановского фермиона может стать использование этой частицы в качестве квантового бита, кубита, квантовых вычислительных систем. Двойственная сущность материи/антиматерии этой частицы и чрезвычайно высокая ее стабильность могут обеспечить чрезвычайно стабильную работу кубитов, практически не подверженных влиянию явления квантовой декогеренции.
Первоисточник
Подпишись: