Νέο σωματίδιο είναι ταυτόχρονα ύλη και αντιύλη

Έπειτα από οκτώ δεκαετίες αναζήτησης, ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον αναφέρουν ότι εντόπισαν σαφή ίχνη ενός σωματιδίου που συμπεριφέρεται ως το αντισωματίδιο του εαυτού του. Στο μέλλον, τα λεγόμενα «σωματίδια Μαγιοράνα» θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν στους κβαντικούς υπολογιστές.

Η θεωρία

Από τα τέλη της δεκαετίας του 1920, οι φυσικοί γνωρίζουν ότι για κάθε σωματίδιο της ύλης υπάρχει ένα αντίστοιχο σωματίδιο αντιύλης, το οποίο πάντα έχει ίδια μάζα αλλά αντίθετο φορτίο.

Όταν ένα σωματίδιο τύχει να συναντήσει το αντισωματίδιό του, και τα δύο εξαϋλώνονται σε μια έκρηξη ενέργειας.

Όπως όμως προέβλεψε ο ιταλός φυσικός Εττόρε Μαγιοράνα το 1937, ορισμένα σωματίδια συμπεριφέρονται ως αντισωματίδια του εαυτού τους. Πιθανά ίχνη αυτών των παράξενων σωματιδίων είχαν ανιχνευτεί και στο παρελθόν, δεν ήταν όμως τόσο πειστικά όσο η νέα έρευνα.

Το σωματίδιο που φαίνεται ότι ανακάλυψαν οι ερευνητές στο Πρίνστον συμμορφώνεται με τις προβλέψεις του Μαγιοράνα. Δεν είναι όμως ένα αυθύπαρκτο σωματίδιο, αλλά ένα είδος σωματιδίου που αναδύεται από τη συλλογική συμπεριφορά άλλων σωματιδίων ύλης.

Το σωματίδιο Μαγιοράνα εμφανίστηκε στις άκρες ενός καλωδίου από χρυσό, με πάχος ενός μόλις ατόμου, το οποίο είχε τοποθετηθεί σε μια υπεραγώγιμη διάταξη από μόλυβδο.

Η αλληλεπίδραση του νανοκαλωδίου με τον υπεραγωγό ανάγκασε τα ηλεκτρόνια του σιδήρου να σχηματίσουν ζεύγη με τα γειτονικά τους ηλεκτρόνια. Καθένα από αυτά τα ζεύγη μπορεί να θεωρηθεί ως ένα ζεύγος ηλεκτρονίου και αντι-ηλεκτρονίου.

Στις άκρες του καλωδίου, όμως, τα ηλεκτρόνια δεν έχουν γείτονα για να σχηματίζουν ζεύγος. Αυτό τα αναγκάζει να συμπεριφέρονται ταυτόχρονα ως ηλεκτρόνια και αντιηλεκτρόνια, να συμπεριφέρονται δηλαδή ως σωματίδια Μαγιοράνα.

Επιβεβαίωση

Η ανακάλυψη, η οποία δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Science», θα πρέπει τώρα να επιβεβαιωθεί από ανεξάρτητες ερευνητικές ομάδες. Εφόσον όμως ευσταθεί θα μπορούσε να δώσει νέα ώθηση στις προσπάθειες εντοπισμού αυθύπαρκτων σωματιδίων Μαγιοράνα, τα οποία μπορούν να υπάρξουν ελεύθερα ακόμα και έξω από την υπεραγώγιμη διάταξη.

Στο απώτερο μέλλον, τα σωματίδια Μαγιοράνα θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν πρακτικά στους λεγόμενους κβαντικούς υπολογιστές, στους οποίους κάθε bit πληροφορίας μπορεί να βρίσκεται ταυτόχρονα στις καταστάσεις «0» και «1».

Στους υποτυπώδεις κβαντικούς υπολογιστές που έχουν αναπτυχθεί ως σήμερα, η πληροφορία αποθηκεύεται στην κβαντική κατάσταση ηλεκτρονίων ή άλλων σωματιδίων. Ωστόσο οι κβαντικές ιδιότητες μπορούν εύκολα να διαταραχθούν ή να καταρρεύσουν εξαιτίας εξωτερικών παρεμβολών. Τα σωματίδια Μαγιοράνα θα μπορούσαν να δώσουν τη λύση, δεδομένου ότι αλληλεπιδρούν ελάχιστα με το περιβάλλον τους, και επομένως θα ήταν πιο σταθερά από ό,τι τα σημερινά κβαντικά bit