Di gerdûnê de her perçeyek bingehîn xwedî antîparçeyek e, ku xwedî heman girseyê lê berevajî wê ye. Ger parçikek bi antîparçeya xwe re bihata dîtin, dê her du hevûdu di pêleka enerjiyê de tune bikin. Lê ji mêj ve tê teorîzekirin ku ji qaîdeyê îstîsnayek heye, bi hin keriyên ku bi rastî dijparçeyên wan bixwe ne.

Niha, zanyarên Zanîngeha Stanford û Zanîngeha Kalîforniyayê (UC) yekem hêzdar dîtin. delîlên ji bo vê cureyê parçikê, ya ku wan bi navê " parçeya milyaket" . Tîma zanyarên ji Stanford û UC dibêjin ku wan yekem delîlên saxlem ên fermionek wusa Majorana dîtine. Li Zanîngeha Kalîforniyayê (UC) bi hevkariya Zanîngeha Stanfordê di rêze ceribandinên laboratîfê yên li ser materyalên biyanî de hat dîtin. Tîm ji hêla UC-Irvaine Associate Professor Jing Xia û Profesor Kang Wang ji Zanîngeha California li Los Angeles (UCLA) ve hate rêve kirin, û planek ku ji hêla Shoucheng Zhang, profesorê fîzîkê li Stanford, û hevkarên wî ve hatî pêşniyar kirin şopand. Tîmê encaman di kaxezek ku di Zanist de hat weşandin de ragihand.

Teorî vedigere sala 1937-an, dema ku fîzîknasê Italiantalî Ettore Majorana valahiyek di nav malbata fermionan de diyar kir. Proton, elektron, notron, neutrîno û quark hemî fermyon in, û hemî hevtayên antîparçeyan hene, lê li gorîforma pir sûnî di materyalek taybetî de hatî amadekirin. Pir ne mimkûn e ku ew di gerdûnê de çêbibin, her çend em bibêjin kî ne? Ji aliyê din ve, neutrîno li her derê hene, û heke ew keriyên Majorana bin, em ê nîşan bidin ku xwezayê ne tenê pirçikên weha mimkûn kiriye, lê bi rastî jî gerdûn bi wan tijî kiriye." ew e ku di fizîkê de analogî pir bi hêz derketine. Û her çend ew heywanên pir cûda ne, pêvajoyên cûda ne, dibe ku em yek bikar bînin da ku yê din fam bikin. Dibe ku em karibin tiştekî ku ji bo me jî balkêş e kifş bikin.”

Parçeya Melek

Di pêşerojê de, Zhang got, fermyonên Majorana dikarin ji bo avakirina komputerên quantum ên bihêz ên ku ji hêla “dengê” hawîrdorê ve neyên asteng kirin werin bikar anîn. (destwerdana jîngehê), ku bûye astengek mezin li ber pêşkeftina vê amûrê. Ji ber ku her Majorana bi eslê xwe nîv perçeyek subatomî ye, qubit agahiyek yekane dikare di du fermyonên Majorana yên bi tevahî cihêreng de were hilanîn, şansê ku tiştek di carekê de wan aciz bike û wan agahdariya ku hildigirin winda bike kêm dike.

Naha, ew navek ji bo fermiona chiral Majorana, ya ku tîmê wî keşif kir, pêşniyar dike: "parçeya milyaket", li gorî bêtirthrillera 2000-an a herî firotanê: "Angels & Demons" ya Dan Brown. Di romanê de, biratîyek veşartî plan dike ku Vatîkanê bi bombeya demkî biteqîne, ku hêza wê ya teqandinê ji tunekirina madde û antîmaddeyê tê. Berevajî pirtûkê, wî destnîşan kir, di cîhana quantum a fermion a Majorana de tenê milyaket hene - ne cin. Çavkanî ;

CHUI, Glennda. "Ezmûnek ku ji hêla teorîsyenên Stanford ve hatî pêşniyar kirin delîlek ji bo fermiona Majorana, parçikek ku dijparçeya wê ye, peyda dike", Stanford News, 2017.

Gihîştin 0/27/2017;

IRVING, Michael . "Zanyar 'parçeya milyaket' ku dijparçeya wê bi xwe ye kifş dikin", 2017, New Atlas. Di 0/27/2017 de hate gihîştin;

CONOVER, Emily. "Fermîyona Majorana di kelek qatek quantum de hate dîtin", 2017, Nûçeyên Zanistî. Gihîştin di 0/27/2017 de;

O'CALLAGHAN, Jonthan. "Lêkolîner "Perçeka Melek" Kifş Dikin Ku Hem Madde û hem jî Dijmadde ye Di Heman Demê de" Di 27.0.2017an de hat gihîştin.

Ji ber ku barê wan tune, neutron û neutrîno çêtirîn bûn. namzetên ku bibin van fermyonên Majorana, lê antînotron hatin keşif kirin. Li ser neutrînoyan hîn jî pirseke mezin heye, û niha ceribandin têne kirin da ku diyar bikin ka ew bi rastî antîparçeya wan bi xwe ne. Lêbelê, dijwariya ceribandinan tê wê wateyê ku bersivek hîn zêdetirî deh salan ji me dûr e.

Di vê navberê de, awayê herî muhtemel ji bo dîtina fermyonên Majorana lêgerîna li "qusî-parçeyan" e. Wekî ku ji navê xwe diyar dike, ev pirçikên pir xwezayî ne, lê ji tevgera kolektîf a elektronan çêdibin û xwediyê hin taybetmendiyên parçikan in. Ger dîtina vê yekê dijwar be, Encyclopaedia Britannica têgeha mîna bilbilên di vexwarinê de rave dike: bilbil jî ji "tevgera kolektîf" a kîmyewî yên di vexwarinê de derdikevin, û her çend ew bi rastî ne tiştên serbixwe ne. bilbil taybetiyên pîvandî yên mîna tiştên rast hene, di nav de mezinahî, şekil, hwd.

Herwiha, dibe ku hema-parçe li derveyî şert û mercên pir taybetî çênebin, lê ew dikarin fermyonên Majorana bêne hesibandin heke ew hemî taybetmendiyên rast nîşan bidin. Niha,lêkolînerên ji Stanford û Zanîngeha Kalîforniyayê gotin ku wan " îmzaya bê nîqaş" (an "delîlên bê nîqaş" an " çeka cixarê", îfadeya ku gelek caran di medyayê de der barê vedîtin) ku hebûna van fermyonên hîpotetîk destnîşan dike.

"Tîma me tam pêşbînî kir ku fermiona Majorana li ku derê bibîne û wekî nîşana wê ya ceribandinê ya ' îsbata bê nîqaş" li çi bigere" , dibêje Shoucheng Zhang, yek ji nivîskarên sereke yên lêkolînê. "Ev vedîtin yek ji lêkolînên herî zexm di fîzîka bingehîn de, ku tam 80 sal dom kir, bi dawî dike."

Ji bo ku ev quasiparticles taybet xwe nîşan bidin, tîmê bi baldarî "vexwarina" xwe ya pir taybetî çêkir (wek ku di şert û mercên şilava ku bilbilan çêdike), ji fîlimên tenik ên du madeyên kuantûmê yên li ser hev hatine çêkirin pêk tê. Encama dawîn însulatorek topolojîk a superconducker e, ku destûrê dide elektronan ku bi lez û bez li kêlekên rûyê materyalê bigerin, lê ne di navîn de. Bi lêzêdekirina pişkek ji madeya magnetîkî di nav tevliheviyê de, elektron li aliyekî li kêlekê diherikin, û berevajî bi aliyê din ve diherikin.

Lêkolîneran magnetek li ser materyalê belav kirin û ev yek bû sedem ku hemî elektron hêdî bibin. , rawestin û rê biguherînin. Vegere li atevgera ji nişka ve û gemarî ya ku tîm bi gavên li ser nêrdewanê re berhev dike. Hîv-parçeyan ji maddeyê bi cot dest pê kir derketin, di heman rêyê de wekî elektronan diçûn, lê cûdahiyek bingehîn hebû: gava ku wan sekinîn û tevgera xwe berevajî kirin, wan wiya bi "gav"an tam di nîvê elektronan de kir. Ji ber vê yekê ye ku her yek di bingeh de tenê nîv parçikek e, ji ber ku ji her cotek hema-parçeyan yek di rê de winda dibe. Û ev diyarde tam ew delîl bû ku lêkolîner lê digeriyan.

Zhang pêşniyar kir ku vedîtina tîmê wekî "parça milyaket" were binavkirin li gorî romana Dan Brown Melaîket û Şeytan, ku tê de bombeyek hêzdar bi rûdanê vedihewîne. madde û antîmaddeyê. Di demeke dirêj de, fermyonên Majorana dikarin ji bo ewlekirina komputerên kuantûmê sepandinek pratîkî bibînin.

Lêkolîn

Di sala 1928 de, fîzîknas Paul Dirac pêşbîniya ecêb kir ku hemî perçeyên bingehîn ên gerdûnê xwedan antîparçeyek e - ango perçeyek cêwî ya wekhev lê berevajî barkirî ye (barên elektrîkî yên zêrî û antîparçeyan û leza goşeya wan bi heman nirxên mutleq ên hevpîşeyên wan ên simetrîk re hene, lêbelê, qadên elektromagnetîk nîşanên dijber in). 0>Dema ku pirtik û dijparçe li hev tên, ew dibintine kirin, miqdarek enerjiyê berdide. Çend sal şûnda parça pêşî ya dijî maddeyê - berevajiyê elektronê, pozitron - hat keşfkirin û antîmadde zû bû beşek ji çanda gelêrî.

Made + Antîmadde = Enerjî. Dema pariyek maddeyê bi antîmaddeya xwe re li hev dikeve, her du jî vediguherin enerjiya paqij, bi girseya ku tê xerckirin, li gorî E=mc² enerjiyê çêdike.

Lê di sala 1937 de, fîzîknasê hêja, Ettore Majorana, twist: wî pêşbînî kir ku di çîna keriyên ku wekî fermyon têne zanîn, ku proton, notron, elektron, neutrîno û quark dihewîne de, divê pariyên ku dijparçeyên wan bi xwe ne hebin.

“Tîma me tam pêşbînî kir ku fermionê li ku derê bibîne. Zhang, fîzîknasê teorîk û nivîskarê sereke yê kaxeza lêkolînê, got Majorana û tiştê ku meriv wekî îmzeya ceribandina wê ya "îmzaya nayê nîqaş kirin" bigere. "Ev vedîtin yek ji lêgerînên herî zexm di fîzîka bingehîn de, ku tam 80 sal dom kir, bi dawî dike."

Tevî ku lêgerîna li fermiona navdar ji pratîkî zêdetir rewşenbîrî xuya dike, wî got jî, ew dikare encamên rastîn ên jiyanê hebe. avakirina komputerên quantum ên bihêz, her çend ev yek di pêşerojê de pir dûr e.

Cûreya taybetî ya fermiona Majorana, tîmê lêkolînê destnîşan kir, wekî fermionek "chiral" tê zanîn.ji ber ku ew li ser rêyek yekalî tenê di yek alî de dimeşe. Lekolînwanan got, her çend ceribandinên ku ew hilberandin sêwirandin, mîhengkirin û pêkanîna wê zehf dijwar bûn, delîlên ku wan hilberandin zelal û nezelal bûn.

"Ev lêkolîn lêgerînek gelek-salî ji bo dîtina fermyonên chiral Majorana bi dawî dike. Ew ê di vî warî de bibe qonaxek girîng," got Tom Devereaux, derhênerê Enstîtuya Stanford ji bo Zanistên Materyal û Enerjiyê (SIMES) li Laboratorya Lezker a Neteweyî ya SLAC, ku Zhang lêkolerek sereke ye.

"Wusa dixuye ku bi rastî çavdêriya zelal a tiştek nû. , "got Frank Wilczek, fîzîknasê teorîk û xwediyê xelata Nobelê li Enstîtuya Teknolojiyê ya Massachusetts (MIT), ku beşdarî lêkolînê nebû. "Ew bi bingehîn ne ecêb e, ji ber ku fîzîknasan demek dirêj difikirîn ku fermyonên Majorana dikarin ji celebên materyalên ku di vê ceribandinê de têne bikar anîn derkevin holê. Lê wan çend hêmanên ku berê qet nehatine berhevkirin û di heman demê de endezyariya li pişt wê anîne cem hev, ev qonaxek rastîn e ku dihêle, wê hingê, ku ev celebek nû ya perçeya kuantumê bi rengek zelal û bihêz were dîtin."

Lêgerîna "kuvasiparticles"

Pêşbîniya Majorana tenê ji bo fermyonên ku bar tune ne, wek notron û notrino, tê sepandin. Zanyaran jixwe ji bo neutronê antîparçeyek dîtine, lê başiya wan heyesedemên ku em bawer bikin ku neutrîno dibe ku dijpartîleka wê bixwe be, û çar ceribandin hene ku têne zanîn - EXO-200, nifşê herî dawî ya Çavdêrxaneya Xenon a Zehmetkirî (EXO), Çavdêriya Xenonê ya dewlemendkirî li New Mexico ye. Lê ev ceribandin pir dijwar in û ne li bendê ne ku ji deh salan kêmtir bersivê bidin.

Berî deh salan, zanyaran fêm kirin ku fermyonên Majorana jî dikarin di ceribandinên ku fîzîka materyalan vedikolin de werin afirandin - û nijad li ser wê yekê ye ku wê pêk were.

Tiştê ku ew lê digerin "quasiparticles" in - heyecanên mîna parçikan ên ku ji tevgera kolektîf a elektronan di materyalên superconductor de çêdibin, ku elektrîkê ji sedî 100 karîgerî dikin ( bixwîne gotara Ciência Hoje li ser qivasparticles ). Pêvajoya ku van hema-parçeyan çêdike, dişibihe ku çawa enerjî, di valahiya fezayê de, vediguherîne pariyên "virtual" ên demkurt û dîsa vedigere enerjiyê, li gorî hevkêşeya navdar a Einstein E = mc². Her çend hema hema ne wek pariyên ku di xwezayê de têne dîtin jî, ew dikarin wekî fermyonên Majorana yên rastîn werin hesibandin.

Di pênc salên dawî de, zanyar bi vê nêzîkatiyê hin serketî bûn.radigihînin ku wan di ceribandinên ku bi nanotêlên superconductor ve tê de îmzayên fermionê yên Majorana yên sozdar dîtine.

Lê di van rewşan de, qansi-parçeyên "sînordar" bûn - li cihekî taybetî hatin girtin, ne ku di nav cîh û demê de belav bibin - û ew dijwar bû. li gorî Zhang ji bo vebêjin ka bandorên din beşdarî îşaretên ku lêkolîneran dîtine ne.

Çekek cixare - testa germ

Di ceribandinên herî dawîn de li UCLA û UC-Irvine, li dû plana pêşniyarkirî ya Stanford Lêkolînerên zanîngehê, tîmê fîlimên tenik ên du madeyên kuantûmê - a superconductor û îzolatorek magnetîkî ya topolojîk - li hev kom kirin û herikînek elektrîkî di nav wan re derbas kirin, hemî di hundurê jûreyek valahiya qeşayî de.

Fîlma jorîn superconductor bû. Ya jêrîn însulatorê topolojîk bû, ku tenê li ser rû an kenarê xwe tevdigere, lê ne li seranserê navîn. Bi berhevkirina wan re, îzolatorek topolojîk a superconductor hate afirandin, ku elektron li du keviyên rûbera materyalê bêyî berxwedanê diherikin, mîna otomobîlên li ser otobanê.

Fikra Zhang bû ku însulatorê topolojîk biguhezîne, rêjeyek piçûk lê zêde bike. maddî magnetîkî ji bo wê. Ev yek bû sedem ku elektron li yek alîyekî li kêleka rûkê û berevajî berevajî keviya din biherikin.

Lêkoleran magnetek li dorali ser stikê. Ev bû sedem ku herikîna elektronan hêdî bibe, raweste û rê biguhere. Ev guhertin ne sivik bûn, lê bi gavên ji nişka ve pêk hatin, mîna "nîvçeyên wekhev li ser nêrdewanekê."

Di hin xalên vê çerxê de, quasiparticles Majorana derketin holê, bi cot ji tebeqeya superconductor derketin û li kêlekan geriyan. ya însulatorê topolojîk mîna elektronan. Endamek ji her cotek ji rê derket, hişt ku lêkolîner bi hêsanî herikîna quasiparticles ferdî bipîvin dema ku rêwîtiya xwe didomînin. Mîna elektronan, ew hêdî bûn, sekinîn, û rê guherandin - lê bi "gavên" bilind tam nîvê "gavên" elektronan pêşkêş kirin.

Ev "gavên di nîvê" de delîlên germ bûn (an "delîlên hişk") . ” an “ çeka cixarê” ) ya ku lêkolîner lê digeriyan.

Encamên wê lêkolînê ne mumkin e ku bandorek li ser hewildanên ji bo destnîşankirina ka neutrîno dijparçeya wê ye yan na, hebe. Profesorê li Zanîngeha Stanfordê fîzîknas Giorgio Gratta, ku di sêwirandin û plansaziya çavdêriya EXO-200 de rolek mezin lîst.

"Quasîpartîkên ku wan çavdêrî kirin di esasê xwe de heyecan in di materyalek ku mîna pariyên Majorana tevdigere". Gratta. “Lê ew ne perçeyên bingehîn in û ji wan hatine çêkirin