Физики из Стэнфорда создали полноценный аналог "частиц-античастиц"
Физики из Стэнфорда открыли необычные квазичастицы внутри сверхпроводников, похожие по своим свойствам и поведению на экзотические фермионы Майораны, одновременно являющиеся и частицами, и античастицами, говорится в статье, опубликованной в журнале Science.
"Те квазичастицы, которые увидели авторы этого открытия, представляют собой особые колебания электронов внутри материала, которые ведут себя как фермионы Майораны. Но, нужно понимать, что они не являются элементарными частицами и являются искусственными конструкциями, не способными возникнуть сами по себе. Поэтому это открытие вряд ли повлияет на поиски настоящего фермиона Майораны", — прокомментировал открытие Джорджо Гратта (Giorgio Gratta) из Стэнфордского университета (США), один из основателей эксперимента EXO-200.
Призрачные поиски
В 1937 году итальянский физик Этторе Майорана предположил, что существует частица, похожая по своим свойствам на электроны, кварки, протоны и другие типы материи, которая одновременно является "нормальной" частицей и своим же собственным антиподом. Соответственно, фермионы Майорана должны самоуничтожаться при столкновениях друг с другом и иметь ненулевую массу.
Физики пытаются обнаружить подобные частицы уже более 80 лет, однако пока успехов в этом деле минимум. Долгое время ученые считали, что нейтрино являются фермионами Майорана, однако пока не будет определена масса этих неуловимых частиц, нельзя сказать, так ли это на самом деле.
Как рассказывает Кан Ван (Kang Wang) из Стэнфордского университета, физики сегодня ищут следы майорановских фермионов и в других процессах в природе, и пытаются доказать возможность их существования в различных рукотворных системах, повторяющих по своим свойствам отдельные части микромира.
К примеру, в 2006 году российско-американский физик Алексей Китаев предположил, что аналоги фермионов Майорана могут существовать внутри особой формы материи, так называемой квантовой спиновой жидкости. Под этим словом ученые понимают набор атомов или ионов, спины электронов которых ведут себя хаотичным образом даже при очень низких температурах, подобно молекулам воды и другой жидкости.
В прошлом году сразу две группы физиков из США и Китая создали первые экспериментальные аналоги подобных жидкостей, изучая свойства экзотических материалов при сверхнизких температурах. Эти опыты стали первым свидетельством того, что фермионы Майорана действительно могут существовать в реальности.
Рукотворная реальность
Ван и его коллеги нашли еще одно свидетельство существования подобных частиц, создав необычную конструкцию из нескольких кусочков сверхпроводников и экзотических материалов-изоляторов, в которых электроны могут двигаться только в одну сторону при приложении магнитного поля.
Подобное поведение пар электронов, как объясняют ученые, полностью соответствует тому, как движутся частицы, описываемые уравнениями Майораны, в отличие от квазичастиц в предыдущих экспериментах, где их необычное поведение можно было списать на другие квантовые эффекты, не связанные с виртуальными "частицами-античастицами".
В частности, аналоги майорановских фермионов, созданные Ваном и его коллегами, могут свободно двигаться внутри сверхпроводника и взаимодействовать между собой, тогда как все прошлые их версии были жестко "прицеплены" к определенным участкам внутри тех материалов, где их создавали ученые.
Как считает Ван, создание "полноценных" квазичастиц, похожих на фермионы Майораны, будет интересно не только в контексте поисков их реальных аналогов. По словам физика, их можно использовать для создания квантовых компьютеров, абсолютно защищенных от помех, что приблизит нас к созданию универсальной вычислительной машины.