.
Prinstono universiteto mokslininkai naudojo nuskaitymo tunelių mikroskopą, kad parodytų geležinės vielos atominę struktūrą prie atomo, esančio ant švino paviršiaus. Didesnė vaizdo dalis rodo kvantinę tikimybę, kad turinys yra sunkiai suprantamos dalelės, vadinamos Majorana fermionu, viela. Svarbu pažymėti, kad paveiksle matomos dalelės vielos gale, o tai yra būtent ten, kur teoriniai skaičiavimai numatyti daugelį metų.
Jei manote, kad Higgso bosono paieška - sunki dalelė, kuri suteikia materijos masę - buvo epinė, tada pagalvokite apie fizikus, kurie bandė rasti būdą atrasti kitą subatominę dalelę, paslėptą nuo 1930-ųjų, kai atsirado pirmoji prielaida.
Bet dabar, naudojant 2 fantastinius didelius mikroskopus, ši labai keista ir potencialiai revoliucinė dalelė buvo atrasta.
Įsivaizduokite Majoranos fermioną, dalelę, kuri taip pat yra ir savo antipartikulą, tamsos medžiagos kandidatą ir galimą kvantinės skaičiavimo tarpininką.
Fermionas Majorana yra pavadintas italų fiziko Ettore Majoranos, kuri suformulavo šią unikalią dalelę, teoriją. 1937 m. Majorana prognozavo, kad gamtoje gali egzistuoti stabili dalelė, kuri yra tiek medžiaga, tiek antimaterija. Mūsų kasdienėje patirtyje taip pat yra dalykas (kuris randamas gausa mūsų Visatoje) ir antimaterija (kuri yra labai reta). Jei medžiaga ir antimaterija susitinka, jie sunaikina, išnyksta energijos blykstėje. Vienas iš didžiausių šiuolaikinės fizikos paslapčių yra tai, kaip visata tapo svarbesnė už antimateriją. Logika diktuoja, kad medžiaga ir antimaterija yra to paties dalyko dalys, kaip ir priešingos pusės monetos, ir turėjo būti sukurtos tuo pačiu tempu. Šiuo atveju visata būtų sunaikinta, kol ji galėtų įsitvirtinti. Tačiau kai kuris procesas po Didžiojo sprogimo rodo, kad buvo sukurta daugiau dalykų nei antimaterija, todėl svarbu, kad laimėtas dalykas, užpildantis Visatą, kurią šiandien pažįstame ir mylime.
Tačiau Maljorkos fermionas savo savybėmis skiriasi ir yra ir dalelė. Nors elektronas yra reikšmingas, o pozronas yra antimaterinė elektrono dalelė, Maljorkos fermionas yra ir medžiaga, ir antimaterija. Būtent šis materialus / antimaterinis dvilypumas šį mažą žvėrį padarė taip sunku atsekti per pastaruosius 8 metus. Bet fizikai padarė, ir norėdami atlikti šią užduotį, jis paėmė milžinišką išradingumą ir labai didelį mikroskopą.
Teorija rodo, kad Maljorkos fermionas turėtų išplisti ant kitų medžiagų krašto. Taigi, Prinstono universiteto komanda sukūrė geležinę vielą į švino paviršiaus storį ir padidino vielos galą, naudodama mega mikroskopą ultragarso laboratorijoje, esančioje Prinstono Yadwin salėje.
„Tai paprasčiausias būdas pamatyti Majoranos fermioną, kuris, kaip tikimasi, bus sukurtas kai kurių medžiagų krašte“, - spaudos pranešime sako pirmaujantis fizikas Ali Yazdani iš Prinstono universiteto, Naujasis Džersis. "Jei norite rasti šią dalelę medžiagos viduje, turite naudoti mikroskopą, kuris leidžia jums pamatyti, kur jis tikrai yra." Yazdani tyrimas buvo paskelbtas žurnale „Science“ ketvirtadienį (spalio 2 d.). Majoranos fermoiono paieška labai skiriasi nuo kitų subatominių dalelių paieškos, kurios yra labiau apšviestos plačiame spaudoje. Higgs bosonui (ir panašioms dalelėms) medžioti reikalingi galingiausi planetos akceleratoriai, kad sukurtų milžinišką energijos susidūrimą, reikalingą, kad netrukus po Didžiojo sprogimo būtų imituotos sąlygos. Tai vienintelis būdas greitai išsklaidyti Higgso bosoną ir tada ištirti jo skilimo produktus.
Priešingai, Maljorkos fermioną galima aptikti tik medžiagoje dėl jo poveikio atomams ir aplink jį esančioms jėgoms, todėl nereikalingi galingi greitintuvai, tačiau reikalingi galingi nuskaitymo tunelių mikroskopai. Norint, kad Maljorkos fermionas būtų izoliuotas ir rodomas, taip pat reikia labai tiksliai sureguliuoti taikinį.
Ši griežta kontrolė reikalauja, kad plonas geležies laidai būtų atšaldyti, kad būtų užtikrintas superlaidumas. Superlaidumas pasiekiamas, kai medžiagos šiluminiai svyravimai sumažėja tokiu mastu, kad elektronai gali pereiti per šią medžiagą su nuliniu pasipriešinimu. Sumažinus tikslą iki 272 laipsnių Celsijaus - iki vieno laipsnio virš absoliutaus nulio, arba 1 Kelvino - idealias sąlygas galima pasiekti formuojant Majoros fermioną.
„Tai rodo, kad šis (Majorana) signalas egzistuoja tik krašte“, - sakė Yazdani. „Tai raktų parašas. Jei to neturite, šis signalas gali egzistuoti dėl kitų priežasčių. “ Ankstesni eksperimentai pašalino galimus signalus iš Majoranos fermiono panašiuose įrenginiuose, tačiau tai yra pirmas kartas, kai po tam tikrų trikdžių šaltinių atsirado konkretus dalelių signalas tiksliai toje vietoje, kur ji yra numatyta. „Tai galima pasiekti tik atlikus eksperimentinius nustatymus - paprasta ir be egzotinių medžiagų, kurios galėtų trukdyti“, - sakė Yazdani.
„Įdomu tai, kad tai labai paprasta: tai švinas ir geležis“, - sakė jis.
Dabar nustatyta, kad yra keletas įdomių galimybių kelioms šiuolaikinės fizikos, inžinerijos ir astrofizikos sritims.
Pavyzdžiui, Maljorkos fermionas silpnai sąveikauja su įprastais klausimais, kaip ir vaiduokliškas neutrinas. Fizikai nėra įsitikinę, ar neutrinos turi atskirą dalelių dalį, arba, kaip ir Majoranos fermoionas, yra jo paties dalelė. Neutrinos gausu visatoje, o astronomai dažnai nurodo, kad neutrinos yra didelė tamsiosios medžiagos dalis, kuri, kaip manoma, užpildo kosmosą. Tikriausiai neutrinai yra tokie patys kaip Maljorkos ir Fermionų dalelės, o Majorana taip pat yra tamsios medžiagos.
Taip pat yra potencialiai revoliucinis pramoninis taikymas, jei fizikai gali koduoti medžiagą su Majorana fermionais. Šiuo metu elektronai naudojami kvantiniame skaičiavime, potencialiai kuriant kompiuterius, kurie gali greitai išspręsti daugybę sistemų. Tačiau elektronus sunku kontroliuoti ir dažnai pažeidžia skaičiavimus, kai jie bendrauja su kitomis aplinkinėmis medžiagomis. Tačiau Maljorkos fermionas, kuris labai silpnai sąveikauja su medžiaga, yra stebėtinai stabilus dėl savo materialaus / antimaterinio dvilypumo. Dėl šių priežasčių mokslininkai gali naudoti šią dalelę, techniškai ją pritaikydami medžiagose, koduodami ir, galbūt, vis daugiau naujų kvantinės skaičiavimo metodų.
Taigi, nors jos atradimas nesukuria dramos ir reliatyvistinių dalelių stūmimo kartu LHC detektorių vakuuminėse kamerose, subtilesnis Majorano atradimas gali sukurti naują požiūrį į tamsią medžiagą ir revoliuciją.
Ir galbūt 80 metų laukimas, kol jo atidarymas, buvo verta.
