Σάββατο 14 Απριλίου 2012

Ενδείξεις για την ύπαρξη των παράξενων σωματιδίων Majorana

Ένα ειδικά σχεδιασμένο τρανζίστορ προσφέρει τις πρώτες σαφείς ενδείξεις για την ύπαρξη των «φερμιονίων Majorana», μιας κατηγορία παράξενων σωματιδίων που αποτελούν τα αντισωματίδια των εαυτών τους.

Φερμιόνια είναι χονδρικά τα σωματίδια από τα οποία αποτελείται η μάζα, σε αντιδιαστολή με τα λεγόμενα μποζόνια, τα οποία χονδρικά είναι φορείς των φυσικών δυνάμεων.

Όλα ή τουλάχιστον τα περισσότερα φερμιόνια είναι «φερμιόνια Ντίρακ» (ονομάστηκαν έτσι από τον μεγάλο Άγγλο φυσικό Πολ Ντίρακ), τα οποία εξ ορισμού είναι διαφορετικά από τα αντισωματίδιά τους, τα οποία υπάρχουν στον κόσμο της αντιύλης. Όταν ένα σωματίδιο συναντήσει ένα αντισωματίδιο, και τα δύο εξαϋλώνεται σε μια έκρηξη ενέργειας.
Το 1937, όμως, ο Ιταλός θεωρητικός φυσικός Εττόρε Majorana (ο οποίος εξαφανίστηκε μυστηριωδώς το 1938 στη διάρκεια ενός ταξιδιού με καράβι) προέβλεψε θεωρητικά ότι υπάρχουν φερμιόνια που δεν ακολουθούν τον κανόνα του Ντίρακ.

Εβδομήντα πέντε χρόνια μετά, οι φυσικοί ακόμα προσπαθούν να επιβεβαιώσουν ή να διαψεύσουν την πρόβλεψη του εξαφανισμένου φυσικού.

Σαν σωματίδια

Προηγούμενες θεωρητικές μελέτες προέβλεψαν ότι, ακόμα και αν δεν υπάρχουν συγκεκριμένα θεμελιώδη σωματίδια που συμπεριφέρονται ως φερμιόνια Ντίρακ, η κίνηση των ηλεκτρονίων σε κάποια ηλεκτρονικά κυκλώματα μιμείται τη συμπεριφορά των φερμιονίων Majorana.

Αν οι φυσικοί κατάφερναν να δείξουν ότι μεγάλοι αριθμοί ηλεκτρονίων συμπεριφέρονται όπως τα αντίθετα των εαυτών τους, θα έδειχναν ουσιαστικά ότι τα φερμιόνια Majorana όντως υπάρχουν.
Ο Εττόρε Majorana, ο οποίος εξαφανίστηκε μυστηριωδώς το 1938, ίσως δικαιωθεί μετά θάνατον

Αυτό ακριβώς επιχειρεί να κάνει η νέα μελέτη, η οποία δημοσιεύεται στο κορυφαίο περιοδικό Science. Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου του Ντελφτ στην Ολλανδία κατασκεύασαν ένα ειδικό τρανζίστορ, το οποίο περιλαμβάνει ένα εξαιρετικά λεπτό, ημιαγώγιμο καλώδιο που συνδέει δύο ηλεκτρόδια.

Η θεωρία προέβλεπε ότι, αν διοχετευτεί ηλεκτρικό ρεύμα σε αυτό το νανοκαλώδιο, υπό την επίδραση ενός μαγνητικού πεδίου, και κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες, τα ηλεκτρόνια στο νανοκαλώδιο θα συμπεριφερθούν ως φερμιόνια Ματζοράνα. Αν πάλι η θεωρία δεν ευσταθεί, το ηλεκτρικό ρεύμα δεν θα έπρεπε καν να περάσει από το ημιαγώγιμο νανοκαλώδιο.

Πράγματι, οι ερευνητές κατέγραψαν τη ροή ηλεκτρονίων, ένδειξη ότι συμπεριφέρονται ως φερμιόνια Ματζοράνα.

Οι παρατηρήσεις αυτές αποτελούν ισχυρή ένδειξη για την ύπαρξη των παράξενων αυτών «σωματιδίων», ωστόσο το ρεύμα που καταγράφηκε ήταν 95% ασθενέστερο από το προβλεπόμενο,  και παραμένει ασαφές αν αυτό οφείλεται σε τεχνικούς μόνο λόγους.

Κβαντικοί υπολογιστές, σκοτεινή ύλη
An electron micrograph of an indium antimonide nanowire (horizontal bar, centre) similar to that used to search for Majorana fermions.
Delft University of Technology
Αν τελικά η ύπαρξη των φερμιονίων Ματζοράνα επιβεβαιωθεί, αυτό θα έδινε τροφή για σκέψη και σε άλλους κλάδους της φυσικής.

Για παράδειγμα, τα φερμιόνια αυτά θα ήταν ιδανικά για την κατασκευή των λεγόμενων κβαντικών υπολογιστών, καθώς ένα ζευγάρι από φερμιόνια Μοτζοράνα θα «θυμόταν» την αρχική του κατάσταση ακόμα και αν χωριζόταν.

Επιπλέον, η επιβεβαίωση του Εττόρε Ματζοράνα θα αναπτέρωνε την αισιοδοξία των φυσικών που πιστεύουν ότι τα θεμελιώδη σωματίδια νετρίνα είναι στην πραγματικότητα φερμιόνια Ματζοράνα.

Θα αναπτέρωνε επίσης το ηθικό όσων πιστεύουν στην ύπαρξη του νιουτραλίνο, ενός θεωρητικού σωματιδίου που θα μπορούσε να είναι το συστατικό της μυστηριώδους «σκοτεινής ύλης», η οποία φαίνεται ότι γεμίζει το Σύμπαν αλλά δεν μπορεί να παρατηρηθεί άμεσα γιατί είναι αόρατη.
και λίγη περισσότερη θεωρία...

Τα Φερμιόνια είναι στοιχειώδη σωματίδια, με την χαρακτηριστική ιδιότητα να σχηματίζουν πλήρως αντισυμμετρικές σύνθετες κβαντικές καταστάσεις. Άλλο κοινό χαρακτηριστικό τους είναι το ημιακέραιο σπιν (1/2, 3/2 ...). Ώς επακόλουθο υπόκεινται στην απαγορευτική αρχή του Πάουλι και στην στατιστική Φέρμι-Ντιράκ.
Ένα τυπικό παράδειγμα φερμιονίων είναι τα ηλεκτρόνια γύρω από τον πυρήνα του ατόμου, που καταλαμβάνουν τις διαθέσιμες θέσεις στις στοιβάδες. Η απαγορευτική αρχή του Πάουλι ευθύνεται για τη σταθερότητα των ατομικών ηλεκτρονικών στοιβάδων απαραίτητη για την ύπαρξη της χημείας αλλά και γενικότερα για την σταθερότητα της ύλης.
Όλα τα στοιχειώδη σωμάτια είναι φερμιόνια ή μποζόνια. Σωμάτια που αποτελούνται από φερμιόνια μπορούν να είναι φερμιόνια (όπως τα βαρυόνια) ή μποζόνια (όπως τα μεσόνια).
Τα στοιχειώδη σωμάτια που αποτελούν την ύλη είναι φερμιόνια και ανήκουν στα κουάρκ (που σχηματίζουν τα πρωτόνια και τα νετρόνια) ή στα λεπτόνια (όπως τα ηλεκτρόνια).
Παραδείγματα φερμιονίων είναι τα:
Το σπιν των φερμιονίων αντί για ημιακέραιο συχνά λέγεται "ημιπεριττό" για να τονιστεί ότι δεν μπορεί να είναι ακέραιο, (το μισό ενός ακεραίου μπορεί και να είναι επίσης ακέραιος, πχ 4/2 = 2).

Πηγή: Newsroom ΔΟΛ Wikipedia
 http://phys.org/news/2012-04-evidence-majorana-fermions.html
 http://www.nature.com/news/quest-for-quirky-quantum-particles-may-have-struck-gold-1.10124

υγ. ευχαριστώ πολύ τον Γιάννη Φιορεντίνο για τις διορθώσεις του.

Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου

Σημείωση: Μόνο ένα μέλος αυτού του ιστολογίου μπορεί να αναρτήσει σχόλιο.

Άλλα θέματα

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...