อนุภาคลึกลับที่ทำจากทั้งสสารและ Antimatter ได้หลบหนีนักฟิสิกส์เป็นเวลา 80 ปี แต่ตอนนี้นักวิจัยได้เห็นร่องรอยของมัน
นักฟิสิกส์คิดว่าแต่ละอนุภาคมี antiparticle ของตัวเองที่มีมวลเดียวกัน แต่มีประจุตรงข้าม แต่อนุภาคใหม่ที่เรียกว่า Majorana (เด่นชัด mai-yor-อา-na) Fermion ทำหน้าที่เป็นของตัวเองพันธมิตร Antimatterและมีค่าใช้จ่ายที่เป็นกลาง อนุภาคทำให้งงเพราะนักฟิสิกส์รู้ว่าเมื่อสสารและ Antimatter ชนกันพวกเขาจะทำลายกันและกัน ในช่วงทศวรรษที่ 1930 นักฟิสิกส์ Ettore Majorana เสนอว่ามีอนุภาคที่ทำจากทั้งสสารและ antimatter; ถึงกระนั้นนักฟิสิกส์ก็ไม่สามารถหาร่องรอยของอนุภาคได้ - จนถึงปัจจุบัน
การทดลองที่ยุ่งยาก
การจับตามองของอนุภาคส่อเสียดนี้ไม่ใช่เรื่องง่าย Ali Yazdani ศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์ที่ Princeton University และเพื่อนร่วมงานใช้กล้องจุลทรรศน์สองชั้นขนาดยักษ์เป็นศูนย์ในสายเหล็กเล็ก ๆ เพียงไม่กี่อะตอม พวกเขาวางสายไฟไว้บนก้อนตะกั่วและเย็นลงที่ลบ 458 องศาฟาเรนไฮต์ (ลบ 272 องศาเซลเซียส) หรือใกล้ศูนย์สัมบูรณ์ -9 ความลึกลับที่ยังไม่ได้แก้ไขมากที่สุดในฟิสิกส์-
ความหนาวเย็นสุดขั้วสร้างสถานะที่เป็นผู้นำในการเป็นผู้นำ (ตัวนำยิ่งยวดสามารถถ่ายทอดกระแสไฟฟ้าที่มีความต้านทานเป็นศูนย์) ความสมดุลระหว่างสนามแม่เหล็กจากลวดเหล็กและตัวนำยิ่งยวดจากตะกั่วทำให้เกิด majorana fermions ที่ลอยอยู่ที่ปลายลวด
เนื่องจากลวดยาวพอเรื่องและ Antimatter สามารถออกไปเที่ยวที่ปลายตรงข้ามและไม่ทำลายซึ่งกันและกัน Yazdani กล่าว
“ สสารและปฏิสสารสามารถโดดเดี่ยวเมื่อพวกเขาไม่ได้พูดคุยกัน” Yazdani บอกกับวิทยาศาสตร์การใช้ชีวิต
การใช้กล้องจุลทรรศน์ขนาดใหญ่นักวิจัยตรวจพบสัญญาณที่เป็นกลางที่มาจากปลายสาย - ลายเซ็นที่สำคัญของ Majorana fermions ที่การวิจัยและการคำนวณหลายทศวรรษได้คาดการณ์ไว้ วิธีการตรวจจับนี้แตกต่างจากที่ใช้ในการอธิบายอนุภาคแปลกใหม่อื่น ๆ เช่นHiggs Bosonซึ่งตรวจพบภายในHadron Collider ขนาดใหญ่(LHC) อะตอมที่ใหญ่ที่สุดในโลก LHC ทุบอะตอมเข้าด้วยกันที่ความเร็วแสงใกล้และสร้างอนุภาคในสุญญากาศ
Yazdani และทีมออกแบบการทดลองตามทฤษฎีที่พัฒนาโดย Alexei Kitaev ศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียซานตาบาร์บาร่า ในปี 2544 Kitaev ทำนายว่าสถานะของ superconductive บางประเภทจะสร้าง majorana fermions และอนุภาคจะปรากฏขึ้นที่ปลายลวด
Yazdani และทีมใช้เวลาสองปีในการรับความสมดุลระหว่างสนามแม่เหล็กและรัฐที่เหนือกว่า แต่ในที่สุด Majorana Fermions ก็โผล่ออกมาที่ปลายลวด นักวิจัยสามารถระบุอนุภาค Majorana ได้เนื่องจากสสารและส่วนประกอบของ antimatter ทำให้พวกเขาเป็นกลางทางไฟฟ้า กล้องจุลทรรศน์การสแกนยักษ์ขนาดยักษ์ซึ่งสามารถถ่ายภาพพื้นผิวในระดับอะตอมภาพที่จับภาพของสัญญาณไฟฟ้าที่เป็นกลาง
Holy Grail of Quantum Computing?
Majorona Fermions อาจเหมาะสำหรับการสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัม- ในคอมพิวเตอร์ปกติข้อมูลจะถูกเก็บไว้ใน "บิต" ซึ่งแต่ละอันจะถูกเข้ารหัสเป็น 0 หรือ 1 ในคอมพิวเตอร์ควอนตัมบิตของข้อมูลเหล่านั้นจะมีอยู่พร้อมกันทั้ง 0 และ 1
“ เพื่อให้ได้สถานะเหล่านี้คุณต้องปิดการโต้ตอบกับสภาพแวดล้อมเนื่องจากการรบกวนใด ๆ สามารถยุบระบบได้” Yazdani กล่าว
นักฟิสิกส์จึงมองหาวิธีที่จะทำควอนตัมบิตมีเสถียรภาพมากขึ้น- Majorana Fermions มีความเสถียรอย่างน่าประหลาดใจสำหรับการทำจากสององค์ประกอบที่ควรจะทำลายกันและกัน เรื่องและ antimatter ใน Majorana Fermion ยังให้ประจุที่เป็นกลางดังนั้นจึงแทบจะไม่โต้ตอบกับสภาพแวดล้อมของมัน คุณสมบัติเหล่านี้สามารถทำให้ Majorana Fermion เป็นวิธีที่มีเสถียรภาพมากขึ้นในการเข้ารหัสข้อมูลควอนตัมเนื่องจากสถานะการซ้อนทับของพวกเขาจะทนต่อการล่มสลายมากขึ้นนักฟิสิกส์กล่าว
Majorana fermions ยังเป็นอนุภาคของผู้สมัครสสารมืดลึกลับ- สสารมืดคิดเป็นเกือบ 27 เปอร์เซ็นต์ของจักรวาล แต่นักฟิสิกส์ยังไม่ได้ตรวจพบโดยตรง นักวิทยาศาสตร์หลายคนคิดว่าอนุภาคที่ประกอบขึ้นเป็นสสารมืดจะต้องตรวจจับได้ยากและอาจไม่ได้มีปฏิสัมพันธ์กับสภาพแวดล้อมของพวกเขามากนัก - เหมือนกับ Majorana Fermions
Yazdani กล่าวว่าขั้นตอนต่อไปคือการดูว่าทีมสามารถจัดการกับ Majorana Fermions ได้หรือไม่ ผลการทดลองถูกตีพิมพ์ 2 ตุลาคมในวารสารวิทยาศาสตร์
ติดตาม Kelly Dickerson บนTwitter- ติดตามเรา@livescience-Facebook-Google+- บทความต้นฉบับเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์สด-
