Вчені знайшли підтвердження існування частки, яка є своєю власною античасткою

Частка ангела

Для кожної фундаментальної частинки у Всесвіті існує античастинка з тією ж масою і протилежним зарядом - принаймні, це те, про що ми думали. Коли частинки і античастинки зустрічаються, вони відразу ж руйнують один одного в розриві енергії, але фізики давно припустили, що десь у Всесвіті існує виняток з цього правила. Вчені нарешті знайшли перші переконливі докази цього типу частинок, які вони називають «ангельською часткою».

Ще в 1928 році фізик Пол Дірак передбачив, що всі фундаментальні частинки мають свої протилежності, а через кілька років позитрон був виявлений. Це була перша частка антиречовини і протилежність електрону, і це підтвердило прогноз. До 1937 року фізик Етторе Майорану підрахував, що був відсутній член сім'ї фермионов. Електрони, протони, кварки, нейтрони і нейтрино - все ферміони з відповідними античастинками, але майорану вважала, що повинна бути додаткова частка, яка була його власною античастинкою.

Спочатку нейтрони і нейтрино були найбільш вірогідними підозрюваними майорановскімі фермионами, оскільки вони не мають заряду, але з тих пір виявлені антинейтрони. Це залишає тільки нейтрино, і фізики намагаються з'ясувати, чи можуть вони бути їх власними античастинками. Ця відповідь навряд чи з'явиться найближчим часом, тому що ці експерименти дуже важко зробити. Тим часом вчені шукають «квазічастинки».

Квазічастинки та незаперечні докази

Квазічастинки не є точно природними частинками. Вони створюються, коли колективна поведінка електронів в твердому матеріалі призводить до певних властивостей, зазвичай зустрічається в частинках, які слабо взаємодіють у вільному просторі. Думаючи про те, як фізичні властивості часто змінюються в наномасштабе, уявіть собі наноматериал, який веде себе так, як ніби він складається з стрибаючих бульбашок, які демонструють колективну поведінку. Квазічастинка - це дійсно поведінку, а не фізична частка як така.

Аналогічно, квазічастинки існують тільки в дуже специфічних умовах. Однак, якщо вони проявляють все правильні властивості, їх можна вважати майорановскімі фермионами. Дослідники зі Стенфорда і Каліфорнійського університету кажуть, що вони виявили «експериментальну підпис кращого пістолета», яка вказує, що ці гіпотетичні ферміони є реальними.

Команда складала квантові матеріали для створення надпровідного топологічного ізолятора в надії виявити ці квазічастинки вздовж країв. Коли магнітний матеріал був доданий, дослідники спостерігали електрони, які рухаються вздовж одного краю в одному напрямку, а вздовж іншого краю в протилежному напрямку. Потім, підмітаючи магніт над матеріалом, вони сповільнювали електрони і змушували їх змінювати напрямки. Потім квазічастинки почали з'являтися з матеріалів парами, повертаючись на півкроку в порівнянні з електронами. Це мало сенс для дослідників, оскільки вони були всього лише половиною частинок.

Ця втрата половини кожної пари квазічастинок в цьому процесі була саме доказом, яке дослідники сподівалися знайти. Старший автор статті Шушенг Чжан запропонував, щоб квазічастинка називалася «ангельська частка», заснована на ангелів і демонів Ден Браун - роман, в якому описується питання і бомба антиречовини. Хоча це відкриття досі залишається теоретичним, це знання може коли-небудь стати корисним для підвищення безпеки квантових комп'ютерів.

Література: Новий Атлас, Стенфордський університет