Fermiunea Majoranei
În fizica particulelor, fermionul Majorana sau particula Majorana , așa numită în cinstea fizicianului teoretic italian Ettore Majorana, care l-a teoretizat, este o particulă fermionică care este, de asemenea, propria sa antiparticulă .
Există unele dovezi experimentale ale observării fermionilor Majorana în natură (vezi mai jos). Un analog matematic al fermionului a fost observat în fizica materiei condensate în 2014, dar în acest caz nu avem de-a face cu particule la fel de mult ca cu cvasiparticule . Neutrinul ar putea fi un fermion Majorana, precum și un fermion Dirac . Dacă neutrinul ar fi un fermion Majorana, ar fi posibil să se observe decăderea beta dublă fără neutrini. Experimentele care caută această descompunere sunt în curs de desfășurare.
Neutralino , o particulă ipotetică prezisă de modelul supersimetric , ar fi un fermion Majorana, dar existența sa nu a fost verificată experimental până în prezent.
Teoretic
Fermionul Majorana a fost teorizat de fizicianul Ettore Majorana care, în articolul Teoria simetrică a electronului și pozitronului , cu scopul de a renunța la noțiunea de stare de energie negativă, a subliniat existența inutilă a unor particule, în special neutre, ale antiparticulelor respective. . Pornind de la ecuația Dirac , el a rezolvat-o descompunând soluția în două părți, prin masa pozitivă, și a demonstrat că aceste soluții au fost asociate cu particule incapabile să genereze densitatea de curent de sarcină electromagnetică și, prin urmare, în mod esențial neutră.
Descoperirile ulterioare, cum ar fi fotonul și pionul neutru , particulele încărcate neutru și spinul întreg, au arătat că acești bosoni au aceleași proprietăți ca și antiparticulele lor. Cu toate acestea, particulele Majorana sunt fermioni de spin semi- întregi și observarea acestei coincidențe nu a fost încă verificată experimental. Este posibil ca neutrinii să facă parte din aceste particule, dar subiectul este încă în studiu.
Experimente
Experimentul NEMO-3
Experimentul NEMO-3 , aflat în desfășurare din 2003 sub tunelul Frejus , a fost organizat pentru a se stabili dacă dubla descompunere beta poate apărea în absența neutrinilor . Dacă da, acest lucru ar demonstra că neutrino este un fermion Majorana.
Experimentul GERDA
Propus în 2004, funcționează din 2010 în laboratoarele INFN del Gran Sasso . Folosește un detector de germaniu , izotopul 76 Ge, pentru a studia dezintegrarea beta dublă , prezisă de teoria lui Majorana.
Detectarea fermionului
În 2014, un analog al fermionului Majoranei a fost observat pentru prima dată de oamenii de știință de la Universitatea Princeton . Pentru a detecta cvasiparticula , a fost utilizată o tehnică de spectroscopie de înaltă rezoluție. Fermionul Majoranei a apărut în interiorul unui supraconductor de plumb cu un lanț lung de atomi de fier. Imaginea fermionului a fost capturată la sfârșitul firului metalic, așa cum a fost prevăzută în anii 1930. [1]
Rezultatele observației au fost publicate pe 31 octombrie 2014 în revista științifică Science . [2] .
Dovezi ale existenței sale au fost anunțate de cercetătorii de la Laboratorul Național Oak Ridge care lucrează în colaborare cu colegi de la Institutul Max Planck și Universitatea din Cambridge pe 4 aprilie 2016, coincizând cu detectarea stării lichide pentru prima dată . spin cuantic [3] [4] .
Notă
- ^ (EN) V. Mourik și colab., Semnături de fermioni Majorana în dispozitive hibrid supraconductoare-semiconductoare Nanowire (PDF) pe kouwenhovenlab.tudelft.nl, Știință, 12 aprilie 2012.
- ^ (EN) Stevan Nadj-Perge și colab., Observarea fermionilor Majorana în lanțurile atomice pe un superconductor feromagnetic , pe sciencemag.org, Știință, 31 octombrie 2014.
- ^ Victoria Woollaston, Misterioasă nouă stare a materiei descoperită , Daily Mail , 4 aprilie 2016. Accesat la 4 aprilie 2016 .
- ^ A. Banerjee, CA Poduri si J.-Q. Yan, Comportamentul lichidului cu rotire cuantică Proximate Kitaev într-un magnet cu fagure , în Nature Materials , 4 aprilie 2016, DOI : 10.1038 / nmat4604 . Adus la 4 aprilie 2016 .
Bibliografie
- Ettore Majorana, Teoria simetrică a electronului și pozitronului , Nuovo Cimento, vol. 14, 1937, pp. 171–184.
Elemente conexe
linkuri externe
- Urme de fermioni Majorana au fost găsite pe lescienze.it .
