Новооткрита частица се държи като материя и антиматерия едновременно

Ако смятате, че търсенето на хигс бозона, неуловимата „божествена частица“, която осигурява масата на всички други частици, е най-грандиозното търсене в историята на науката, безусловно сте прави. Но научният свят е в постоянно търсене на други екзотични частици, които, макар и не толкова „помпозни“ като хигс бозона, също дават резултати, които ще окажат огромно влияние на бъдещото развитие на науката и технологиите.

Усилията на учените в търсенето на една екзотична субатомна частица, съществуването на която е било теоретично обосновано още през 30-те години на миналия век, най-сетне се увенчаха с успех. Става въпрос за частица, която едновременно се явява и античастица и която е кандидат за званието „частица на тъмната материя“.
Неотдавна над 80-годишното търсене приключи благодарение на група учени от Университета в Принстън и  огромен, високоточен микроскоп с височина на двуетажна сграда. Странната частица е наречена майорански фермион в чест на италианския учен физик Еторе Майорана, който в една от своите работи през 1937 година е извел теорията за възможността за съществуване на такива частици, дал е също така тяхното описание, възможната им структура и свойства. Според нея майоранският фермион се явява едновременно вещество и антивещество, което може да съществува в природата, притежава много висока стабилност и много слаба реакция с обикновената, заобикаляща ни материя. Именно последното свойство затрудняваше повече от 80 години учените в тяхното търсене и откриване на тази частица.

Търсенето на майоранския фермион се различава кардинално от търсенето на другите елементарни частици. Например за „лова“ на Х-бозона трябваше да бъде построен най-големият ускорител на частици – Големият адронен колайдер, в чиито недра циркулират енергии, съпоставими с енергията на Големия взрив (в различен мащаб, разбира се). Частиците с кратък живот, възникващи в резултат на сблъсъка на други високоенергийни частици, се откриват чрез специфичните последователности и продуктите на техния разпад.

Майоранският фермион, за разлика от другите частици, може да бъде открит само чрез много слабите следи, които оставя след въздействието си на атомно ниво. За целта не се изисква мощен ускорител, а най-чувствителните и точни тунелни микроскопи с висока резолюция. Освен това изисква се и много точна настройка на тези микроскопи върху материала, в който се съсредоточава търсенето – само по този начин майоранският фермион може да бъде отделен от своята среда и да бъдат получени негови изображения.

Теорията на Еторе Майорана предполага, че майоранският фермион възниква на границата на два материала. За да спазят това условие, групата от Университета Принстън е изготвила на повърхността на оловна подложка участък с железен проводник, дебелината на който е била само един атом. А самото търсене и заснемане са станали с помощта на мегамикроскопа от лабораторията за ултранискочестотни вибрации към Принстънския университет. За да „уловят“ частицата, учените е трябвало да се избавят напълно от шума на топлинните колебания на атомите. За целта, железният проводник е бил охладен до температура от - 272 градуса по Целзий, с други думи само с 1 градус над абсолютната нула. При тази температура двата метала преминават в свръхпроводящо състояние, създавайки идеални условия за формирането на майоранския фермион. В резултат на всички тези усилия, учените са получили сигнали, отговарящи на факта за съществуване на частицата на мястото, което точно отговаря на теоретичните изчисления. При това, на учените не са им били необходими огромни енергии или някакви екзотични и скъпоструващи материали.

Сега, след като съществуването на майоранския фермион е факт, някои области на съвременната физика вероятно ще поемат по съвършено друг път на развитие. Например, частицата взаимодейства много слабо с обичайната материя, по което прилича на друга екзотична частица – неутриното. Въпреки, че неутрино съществува във Вселената в огромни количества, учените все още не могат да изяснят дали съществува антинеутрино или частиците неутрино са подобни на майорановския фермион. Ако това е така, то и неутриното и новата частица се явяват кандидати за званието частици на тъмната материя.

Още едно вероятно практическо приложение на майоранския фермион може да стане използването на частицата в качеството на квантов бит, кубит в квантовите изчислителни системи. Двойствената същност (материя/антиматерия) на тази частица и необикновено високата и стабилност може да осигурят сигурна работа на кубитите, практически без подлагане на влиянието на квантовата декохерентност.