75 éve megjósolt részecskét találtak

A Majorana-fermion létét 75 évvel ezelőtt jósolták meg, de azóta sem sikerült rábukkanniuk a részecskefizikusoknak. A Delfti Műszaki Egyetem kutatóinak a Science tudományos magazinban ismertetett kísérlete azonban azt sugallja, hogy valóban létezik a különleges részecske.

A Majorana-fermionoknak egészen másként kell viselkedniük, mint a számunkra ismerős anyagi részecskéknek, például az elektronoknak. Amikor ezek ellentétes töltésű párjukkal – a pozitronnal – ütköznek, kioltják egymást, röntgensugarak kibocsátása közben. A semleges Majorana-részecske azonban saját maga ellentett párja, antirészecskéje.

Ettore Majoranától, a briliáns olasz elméleti fizikustól származik az elképzelés, hogy léteznek olyan részecskék, amelyek azonosak lehetnek antianyagpárjukkal. Majorana sorsa maga is máig megoldatlan rejtély. 1938. március 27-én hajóra szállt Nápolyban és Palermóba indult, oda azonban már nem tudni, hogy megérkezett-e egyáltalán, mert se élve, se holtan nem látták többé.

A fermionok létezését sokan próbálták már bizonyítani – nem a nagy érdeklődéssel kísért óriási részecskegyorsítók környékén, mert azok hagyományosan új részecskék után kutatnak, hanem inkább egészen pici elektronikus berendezésekben, ahol nanométerekben számolnak.
Leo Kouwenhoven kutatócsoportja az Eindhoveni Műszaki Egyetemen tevékenykedő kollégáik segítségével egy ilyen eszközt épített meg. Ebben egy igen vékony nanovezeték érintkezett egy félvezetővel és egy szupravezetővel. Amikor a nanoméretű vezeték mentén mágneses mezőt hoztak létre, a benne lévő elektronoknak csak meghatározott energiájuk lehetett. Az összeállításban azonban létrejött egy energiarés, amelyben az elektronok összegyűlhettek, és olyan szinkronitásban működhettek együtt, mint a Majorana-részecskék.

A vezetékre feszültséget adtak, és több helyen mérték vezetőképességét. Kiderült, hogy két ponton, a vezeték két végén lecsökkent a vezetőképesség. A kutatók úgy vélik, hogy itt rejtőztek a Majorana-fermionok, egy-egy mindkét vezetékvégen. A nanovezeték végeinél történt részecskemérés nem magyarázható másként, mint Majorana-fermionpár jelenlétével – magyarázta Kouwenhoven a Science Daily tudományos portálnak.