Ферміон Майорани – частинка, що поєднує властивості речовини й антиречовини (іншими словами, вона є своєю ж античастинкою). Її існування передбачили ще 1937 року, однак лише зараз довели експериментально. Робота американських науковців має не лише важливе теоретичне значення: відкриття може пришвидшити розробку надпотужних квантових комп’ютерів майбутнього.
На поверхні надпровідника – ультрачистого кристалу свинцю – дослідники вибудували залізний ланцюг товщиною 1 атом. За температури -272? С ферміони почали утворюватися на обох кінцях ланцюга.
Початок жовтня відзначився непересічною подією: команда дослідників з Прінстонського й Техаського університетів (Остін, США) повідомила про виявлення нової елементарної частинки, що «вислизала» від експериментаторів впродовж майже 80 років. Це значно більше, ніж у випадку бозона Гіґґса, полювання за яким тривало 48 років.
Існування ферміона Майорани вперше припустив італійський фізик Етторе Майорана 1937 року. Науковець передбачив, що гіпотетична частинка поєднує непоєднуване: властивості речовини й антиречовини. Однак, незважаючи на таке накладання суперечливих властивостей, її анігіляції не відбувається. Ферміон Майорани повинен бути стабільним, хоча й напрочуд невловимим.
Зазвичай, коли частинки матерії контактують зі своїми відповідниками з антисвіту, вони взаємознищуються, що супроводжується виділенням величезної кількості енергії. На думку низки науковців, це фізичне явище можна використати для створення ракет і космічних кораблів майбутнього (ракета на антиматерії). Логічно припустити, що частинка з рисами речовини й антиречовини є нетривкою. Проте у випадку ферміона Майорани – це не так.
Через внутрішньо суперечливу природу ферміони рідко взаємодіють з довкіллям. Так, частинки складно зафіксувати, але вони обіцяють прорив у створенні квантових комп’ютерів.
Традиційні ЕОМ здійснюють передачу даних за допомогою бітів, що набувають одного з двох значень – «0» або «1». Натомість основою квантових обчисленнях стане квантовий біт – кубіт: завдяки дивовижним властивостям мікросвіту (принципу суперпозиції) він може бути як нулем, так й одиницею водночас.
Однак дослідники зіштовхнулися з проблемою: важко знайти частинку, яка б могла виконувати роль кубіта, не взаємодіючи з зовнішнім середовищем (оскільки це руйнує квантову систему). Ферміон Майорани міг би тут знадобитися.
Аби зафіксувати невловимі частинки, знадобився величезний тунельний мікроскоп, що сканує. Його висота – два поверхи.
«Якщо ви хочете виявити частинку в матеріалі, потрібен надпотужний мікроскоп: він дасть змогу побачити, де саме є ця частинка», – розповів Алі Яздані, професор фізики з Прінстона, лідер дослідницької команди.
Важливою є причина, з якої науковці вирішили зафіксувати ферміони Майорани саме в матеріалі, а не завдяки прискорювачу частинок, яким виявили бозон Гіґґса.
«Так цікавіше, до того ж корисніше для практики, – розповів Яздані. – Напрацьована технологія дасть змогу маніпулювати екзотичними частинками з прикладною метою, насамперед, йдеться про квантові обчислення».
Матеріал, який використали науковці, – ультрачистий кристал свинцю. На поверхні кристалу атомами заліза виклали свого роду нанодріт. За температури -272º С ферміони почали утворюватися на обох кінцях дроту, дослідникам це вдалося зафільмувати.
Науковці точно знали, де шукати ферміони Майорани. Багаторічні теоретичні розрахунки засвідчували: якби частинки насправді існували, вони з’явилися б на протилежних кінцях дроту. До слова, схему експерименту описали ще 2001 року. Деталі дослідів опублікував журнал Science.