Los físicos descubren un nuevo tipo de partícula: Fermiones de Majorana

En 1937, después del acenso de la mecánica cuántica, Ettore Majorana, un físico teórico italiano, se dio cuenta de que la nueva física implicaba la existencia de un nuevo tipo de partículas, que ahora se llaman fermiones de Majorana. Después de una búsqueda de 75 años, los investigadores han descubierto la primera evidencia sólida de su existencia. Y su descubrimiento podría ser la clave para finalmente crear ordenadores cuánticos factibles.

Antes del trabajo de Majorana, el físico austriaco Erwin Schrödinger propuso una ecuación que describe cómo las partículas cuánticas se comportan e interactúan. Paul Dirac, un físico Inglés, ajustado que la ecuación que se aplica a fermiones, moviéndose a casi la velocidad de la luz. Ese trabajo unió la mecánica cuántica y la teoría especial de la relatividad de Einstein. También implica la existencia de la antimateria, en el que cada partícula tiene una contraparte de antimateria, como electrones y positrones, y que los dos se aniquilan entre sí, si es que alguna vez se encuentran. El trabajo de Dirac sugirió que algunas partículas, tales como los fotones, podría servir como sus propias antipartículas. Sin embargo, los fermiones no se pensaba que pudieran estar estar entre ellos. Fue Majorana que con la manipulación de las ecuaciones de Dirac sugirió la posible existencia de un nuevo tipo de fermión que podría servir como su propia antipartícula.

Ettore Majorana

En ese momento, Majorana pensaba que un tipo de neutrino, una partícula eléctricamente neutra, con una masa pequeña, podría encajar el proyecto de ley para su propuesta de partículas. Y los científicos siguen buscando pruebas de que los neutrinos son o no son sus propias antipartículas. Sin embargo, décadas después de la propuesta de Majorana, los físicos teóricos se dieron cuenta de que el movimiento coordinado de un gran número de electrones en los dispositivos electrónicos pueden imitar el comportamiento de los fermiones de Majorana. Estos movimientos colectivos no son trozos elementales de la materia de la manera electrones y neutrinos son. Más bien, son "cuasi-partículas". Pero se comportan tal como lo haría partículas elementales del mismo tipo. Se trata de los signos de estas cuasi-partículas que los investigadores dirigidos por el físico Leo Kouwenhoven y sus colegas de la Universidad de Delft de Tecnología dieron a conocer hoy línea en Science.

Para localizar a su presa, el grupo de Kouwenhoven creó unos transistores especialmente diseñados. En los transistores estándar, aplicando un voltaje a un electrodo de metal llamado una puerta de flujo que se convierte en de corriente a través de un semiconductor entre dos electrodos de metal. Anteriores predicciones teóricas sugerían que si uno de los electrodos secundarios era un superconductor, y la corriente se deja fluir a través de nanocables semiconductores especiales bajo un campo magnético, la combinación obligaría a los electrones en el nanocable a comportarse como si colectivamente estuvieran presentes losfermiones de Majorana en los extremos opuestos del alambre. La teoría además explicaba que si los investigadores tratan de enviar una corriente eléctrica desde el electrodo normal al electrodo superconductor sin el campo magnético activado, los electrones que intentan hacer el viaje esencialmente rebotan en el superconductor, por lo que no se detecta corriente en el electrodo superconductor. Pero si el campo magnético está activado, este daría lugar a la presencia de fermiones de Majorana, que permita a los electrones entrar en el superconductor, y que produciría un salto en la corriente.

Leo Kouwenhoven

Este pico de corriente es lo que el equipo de Kouwenhoven  encontró. Cuando los investigadores retiran entonces cualquiera de las condiciones necesarias para inducir fermiones de Majorana, tales como el campo magnético, o reemplazar el electrodo superconductor con otro electrodo de metal el pico de corriente en el segundo electrodo desaparece.

Los resultados no proporcionan una detección directa de fermiones de Majorana. Sin embargo, el equipo holandés hizo un "muy convincente" trabajo al eliminar todas las otras posibles explicaciones, dice Jason Alicea, un físico teórico en la Universidad de California en Irvine. Sin embargo, el estudio se pudo reproducir completamente en el caso de la presencia de fermiones de Majorana, advierte. El pico de corriente es sólo del 5% de lo que predice la teoría. Pero eso puede ser debido a lo el equipo utilizo para enfriar el dispositivo experimental, se debe mejorar para acercarse al cero absoluto, donde la señal de Majoranas debe ser más fuerte.

Este transistor excéntrico con un electrodo de metal normal (N) y un electrodo superconductor (S) registra signos de fermiones de Majorana en los dos extremos de un nanocable que abarca los electrodos.

Si fermiones Majorana se confirman, se espera que tengan las propiedades que los hacen ideales para construir un ordenador cuántico. Cuando se mueve dos fermiones de Majorana, con respecto a la otro, en lo esencial "recurdan" su posición anterior, una propiedad que podría ser utilizada para codificar los datos en el nivel cuántico. Kouwenhoven grupo no ha detectado la firma todavía, pero estás en la búsqueda ahora.

Fuente: http://www.sciencemag.org/