.
Princeton University zinātnieki izmantoja skenēšanas tunelēšanas mikroskopu, lai parādītu dzelzs stieples atomu struktūru atoms, kas atrodas uz svina virsmas. Attēla paplašinātā daļa parāda kvantiskā varbūtību, ka saturs ir nenotveramas daļiņas vads, ko sauc par Majorānas fermionu. Svarīgi atzīmēt, ka attēlā ir redzamas daļiņas stieples galā, un tieši tajos teorētiskie aprēķini tiek prognozēti daudzus gadus.
Ja jūs domājāt, ka Higga bosona meklējumi - nenotverama daļiņa, kas dod materiāla masu, bija episks, tad domājiet par fiziķiem, kuri mēģināja atrast veidu, kā atklāt vēl vienu subatomisko daļiņu, kas slēpta kopš 1930. gadiem, kad parādījās pirmais pieņēmums.
Bet tagad, pateicoties diviem fantastiskiem lieliem mikroskopiem, tika atklāta šī ļoti dīvaina un potenciāli revolucionāra daļiņa.
Iedomājieties Majorānas fermionu, daļiņu, kas ir arī tā paša daļiņa, kas ir tumšās vielas kandidāts, un iespējamo kvantu skaitļošanas starpnieku.
Fermion Majorana ir nosaukts pēc itāļu fiziķa Ettore Majorana, kurš formulēja teoriju, kas apraksta šo unikālo daļiņu. 1937. gadā Majorana prognozēja, ka dabā var pastāvēt stabila daļiņa, kas ir gan materiāls, gan antimateriāls. Mūsu ikdienas pieredzē ir arī jautājums (kas atrodams pārpilnībā mūsu Visumā) un antimateriāls (kas ir ļoti reti). Ja materiāls un antimateriāls satiekas, tie iznīcina, izzūd enerģijas zibspuldzē. Viens no lielākajiem mūsdienu fizikas noslēpumiem ir tas, kā Visums kļuva svarīgāks par antimateriālu. Loģika nosaka, ka materiāls un antimateriāls ir vienas un tās pašas lietas daļas, piemēram, monētas pretējās puses, un tās būtu jāizveido tādā pašā tempā. Šajā gadījumā visums būtu iznīcināts, pirms tas varēja sevi izveidot. Tomēr daži procesi pēc Lielā sprādziena liecina, ka ir radīts vairāk materiālu nekā antimateriāls, tāpēc ir svarīgi, lai uzvarētais jautājums, kas piepilda Visumu, ko mēs šodien pazīstam un mīlam.
Tomēr Majorānas fermions atšķiras no savām īpašībām un ir arī daļiņas. Kamēr elektrons ir jautājums, un pozitrons ir elektrona antimateriālā daļiņa, Majorānas fermions ir gan materiāls, gan antimateriāls. Šī materiālā / antimateriālā dualitāte šo mazo zvēru pēdējo 8 gadu laikā ir tik grūti izsekot. Bet fiziķi to darīja, un, lai izpildītu šo uzdevumu, tas aizņēma milzīgu atjautību un ārkārtīgi lielu mikroskopu.
Teorija parāda, ka Maljorkas fermionam ir jāiet uz citu materiālu malas. Princetonas Universitātes komanda radīja dzelzs stiepli atomā, kas bija biezs uz svina virsmas, un stieples beigās palielināja, izmantojot mega-mikroskopu ultras zemās vibrācijas laboratorijā Princeton Yadwin Hall.
"Tas ir vienkāršākais veids, kā redzēt Majorānas fermionu, kas, domājams, tiks izveidots dažu materiālu malā," paziņo vadošais fiziķis Ali Yazdani no Princeton University, New Jersey, preses paziņojumā. "Ja vēlaties atrast šo daļiņu materiāla iekšpusē, jums jāizmanto mikroskops, kas ļauj jums redzēt, kur tas patiešām ir." Yazdani pētījums tika publicēts žurnālā "Science" ceturtdien (2. oktobrī). Majorānas fermoiona meklēšana ievērojami atšķiras no citu subatomisko daļiņu meklējumiem, kas ir vairāk izgaismotas plašā presē. Higga bosona (un līdzīgu daļiņu) medīšanai ir nepieciešami spēcīgākie planētas akseleratori, lai radītu milzīgu enerģijas sadursmi, kas nepieciešama, lai modelētu apstākļus drīz pēc lielā sprādziena. Tas ir vienīgais veids, kā izolēt strauji bojājošo Higgsa bosonu un pēc tam izpētīt tā sabrukšanas produktus.
Turpretī Majorānas fermionu var konstatēt tikai vielas iedarbībā uz atomiem un to apkārtējiem spēkiem - tāpēc nav vajadzīgi spēcīgi paātrinātāji, bet ir nepieciešams izmantot spēcīgus skenēšanas tunelēšanas mikroskopus. Lai Mallorana fermionu izolētu un attēlotu, ir nepieciešama arī ļoti precīza mērķa materiāla pielāgošana.
Šai stingrai kontrolei ir nepieciešama ārkārtīgi aukstu dzelzs vadu dzesēšana, lai nodrošinātu supravadītspēju. Supravadītspēja tiek sasniegta, kad materiāla termiskās svārstības tiek samazinātas tādā mērā, ka elektroni var nokļūt caur šo materiālu ar nulles pretestību. Samazinot mērķi līdz 272 grādiem pēc Celsija - līdz vienam grādam virs absolūtā nulles vai 1 Kelvina - var panākt ideālus apstākļus Majorānas fermiona veidošanai.
“Tas parāda, ka šis (Majorānas) signāls pastāv tikai malā,” sacīja Jazdani. „Šis ir atslēgas paraksts. Ja jums to nav, šis signāls var pastāvēt citu iemeslu dēļ. ” Iepriekšējie eksperimenti novērsa iespējamos signālus no Majorānas fermiona līdzīgās iekārtās, taču šī ir pirmā reize, kad pēc visu traucējumu avotu izņemšanas konkrētais daļiņu signāls ir tieši tajā vietā, kur tas ir paredzēts. „To var panākt tikai ar eksperimentālu uzstādīšanu - vienkāršu un bez eksotiskiem materiāliem, kas varētu traucēt,” sacīja Yazdani.
“Interesanti ir tas, ka tas ir ļoti vienkārši: tas ir svins un dzelzs,” viņš teica.
Tagad ir konstatēts, ka ir vairākas interesantas iespējas vairākām mūsdienu fizikas, inženierzinātņu un astrofizikas jomām.
Piemēram, Majorānas fermions vāji mijiedarbojas ar parastajām lietām, tāpat kā spoku neitrīno. Fiziķi nav pārliecināti par to, vai neitrīniem ir atsevišķa antiviela, vai, tāpat kā Majorānas fermoija, ir tā paša daļiņa. Neitrīnos ir visums, un astronomi bieži norāda, ka neitrīnie ir liela daļa no tumšās vielas, kas, domājams, piepilda Cosmos. Iespējams, neitrīnie ir tādi paši kā Majorānas un Fermionu daļiņas, Majorana ir arī kandidāti tumšai vielai.
Pastāv arī potenciāli revolucionārs rūpniecisks pielietojums, ja fiziķi var kodēt lietu ar Majorānas fermioniem. Pašlaik elektroni tiek izmantoti kvantu skaitļošanā, kas potenciāli rada datorus, kas var ātri atrisināt neskaitāmas sistēmas. Bet elektronus ir ļoti grūti kontrolēt, un bieži vien tie pārkāpj aprēķinus pēc mijiedarbības ar citiem apkārtējiem materiāliem. Tomēr Majorānas fermions, kas ir ļoti vāji mijiedarbojas ar materiālu, ir pārsteidzoši stabils sakarā ar materiālo / antimateriālo dualitāti. Šo iemeslu dēļ zinātnieki var izmantot šo daļiņu, tehniski to pielietojot materiālos, kodējot un, iespējams, atklājot arvien jaunas jaunās kvantu skaitļošanas metodes.
Tādējādi, lai gan tās atklāšana nerada drāmas un relativistisko daļiņu saspiešanu LHC detektoru vakuuma kamerās, smalkāks Majorānas atklājums var radīt jaunu pieeju tumšai vielai un revolucionizēt skaitļošanu.
Un, iespējams, 80 gadu gaidīšana tās atvēršanai bija tā vērts.
