Учените от Принстънския университет са използвали сканиращ тунелен микроскоп, за да покажат атомната структура на желязната жица до широк атом на оловната повърхност. Увеличената част на изображението показва квантовата вероятност на съдържанието в проводника на неуловима частица, наречена фемион на майорката. Важно е да се отбележи, че картината показва частици в края на проводника, което е точно там, където теоретичните изчисления предвиждат в продължение на много години.
Ако смятате, че търсенето на бозона на Хигс - неуловимата частица, която дава маса на материята - е епично, тогава помислете за физиците, които се опитват да намерят начин да открият друга субатомна частица, скрита от 1930-те, когато се появи първото предположение.
Но сега, благодарение на използването на 2 фантастични големи микроскопа, тази много странна и потенциално революционна частица е била открита.
Представете си Фермиона на Майорана, частица, която също е собствена античастица, кандидат за тъмна материя и възможен медиатор на квантовите изчисления.
Фермион Майорана е кръстен на италианския физик Еторе Майорана, който формулира теория, описваща тази уникална частица. През 1937 г. Майорка прогнозира, че в природата може да съществува стабилна частица, която е едновременно материя и антиматерия. В нашето ежедневно преживяване има и материя (която се намира в изобилие в нашата Вселена) и антиматерия (която е изключително рядка). Ако се срещнат материя и антиматерия, те унищожават, изчезват в светкавица на енергия. Една от най-големите загадки на съвременната физика е как Вселената е станала повече материя, отколкото антиматерия. Логиката диктува, че материята и антиматерията са части от едно и също нещо, като противоположни страни на монета, и би трябвало да са създадени със същата скорост. В този случай вселената би била унищожена, преди тя да се установи. Въпреки това, някакъв процес след Големия взрив показва, че повече материя е произведена от антиматерията, така че е важно материята да спечели, която изпълва Вселената, която познаваме и обичаме днес.
Фермионът на Майорана обаче е различен по своите свойства и също е античастица. Докато електронът е материя, а позитронът е антиматериалната частица на електрона, фермионът на майорката е едновременно материя и антиматерия. Именно тази материална / антиматериална двойственост направи този малък звяр толкова труден за проследяване през последните 8 години. Но физиците го направиха, и за да изпълнят задачата, тя взе огромна находчивост и изключително голям микроскоп.
Теорията показва, че фермионът на Майорана трябва да се простира на ръба на други материали. Така, екип от Принстънския университет създаде желязна жица в дебел атом на оловната повърхност и направи увеличение в края на проводника с помощта на мега-микроскоп в лабораторията на ултра-ниските вибрации в Yadwin Hall в Принстън.
"Това е най-лесният начин да видим фермиона на Майорана, който се очаква да бъде създаден на ръба на някои материали", казва водещият физик Али Яздани от Принстънския университет, Ню Джърси, в съобщение за пресата. "Ако искате да намерите тази частица в материала, трябва да използвате микроскоп, който ви позволява да видите къде наистина е." Изследването на Яздани е публикувано в списание "Наука" в четвъртък (2 октомври). Търсенето на фермо-майорската майорана се различава значително от търсенето на други субатомни частици, които са по-осветени в широката преса. Ловът за бозона на Хигс (и подобни частици) изисква най-мощните ускорители на планетата да генерират огромния енергиен сблъсък, необходим за симулиране на условия скоро след Големия взрив. Това е единственият начин да се изолира бързо разпадащият се хигсов бозон и след това да се изследват продуктите от неговия разпад.
За разлика от тях, фемионът на Майорана може да бъде открит само в дадено вещество чрез неговото въздействие върху атомите и силите около него - така че не са необходими мощни ускорители, но е необходимо използването на мощни сканиращи тунелни микроскопи. Необходима е също така много фина настройка на материала-мишена, за да се изолира и излъчи фермионът Majorana.
Този строг контрол изисква екстремно охлаждане на тънки железни проводници, за да се осигури свръхпроводимост. Свръхпроводимостта се постига, когато термичните флуктуации на материала се намалят до такава степен, че електроните могат да преминат през този материал с нулево съпротивление. Чрез намаляване на целта до 272 градуса по Целзий - до една степен над абсолютната нула или 1 келвин - могат да се постигнат идеални условия за формирането на фермиона на майорката.
"Това показва, че този сигнал (Majorana) съществува само на ръба", каза Яздани. - Това е ключов подпис. Ако нямате такъв, този сигнал може да съществува и по други причини. " Предишните експерименти отстраниха възможни сигнали от фермиона на Майорана в подобни инсталации, но това е първият път, когато се появи определен сигнал за частиците, след като са премахнали всички източници на смущения, точно на мястото, където се предвижда да бъде. "Това може да се постигне само чрез експериментална инсталация - проста и без използването на екзотични материали, които биха могли да попречат", каза Яздани.
"Интересното е, че е много просто: това са олово и желязо", каза той.
Сега е установено, че има някои интересни възможности за няколко области на съвременната физика, инженерство и астрофизика.
Например, фермионът на Майорана слабо взаимодейства с обикновената материя, както и призрачното неутрино. Физиците не са сигурни дали неутрино имат отделна античастица или, подобно на фермонията на Майорана, е собствена античастица. Неутрините изобилстват във вселената и астрономите често посочват, че неутрино са голяма част от тъмната материя, за която се смята, че изпълва Космоса. Вероятно, неутрино са същите като частиците на Майорана и Фермиони, а майорките са кандидати за тъмна материя.
Има и потенциално революционно индустриално приложение, ако физиците могат да кодират материята с фермионите на Майорана. В момента електроните се използват в квантовите изчисления, като потенциално създават компютри, които могат да разрешат по-рано безброй системи в един миг. Но електроните са изключително трудно контролирани и често нарушават изчисленията след взаимодействие с други материали около тях. Фермионът на Майорана, който е изключително слабо взаимодействащ с материала, е изненадващо стабилен поради своята материална / антиматериална двойственост. Поради тези причини учените могат да използват тази частица, технически я прилагат в материали, кодират и, вероятно, откриват все повече нови методи за квантово изчисление.
Така, въпреки че откритието му не създава драма и залепването на релативистични частици във вакуумните камери на детекторите на LHC, по-финото откритие на майорката може да развие нов подход към тъмната материя и да направи революция в компютрите.
И, може би, 80-годишното изчакване за откриването му си заслужаваше, в края на краищата.
