Allerede i 1937 forudså den italienske fysiker Ettore Majorana, at der fandtes partikler, som på én og samme gang kunne være stof og antistof.
Nu mener forskere fra det amerikanske Princeton University, at de har observeret en sådan partikel.
»Forskerne har taget et glødende billede af partiklen, kendt som majorana-fermionen, for enden af en atomisk tynd tråd – lige hvor den var blevet forudsagt til at være efter årtiers studier og beregning, som dateres tilbage til 1930’erne,« lyder det i en pressemeddelelse fra Princeton University.
Den ledende forsker bag studiet, fysikprofessor Ali Yazdani, udtaler samtidig, at eksperimentet især er spændende, »fordi det giver forskere mulighed for at manipulere med eksotiske partikler, som potentielt set kan bruges til eksempelvis kvantecomputere.«
Stof og antistof – samtidig
Det kan måske lyde mystisk, at en partikel både kan være stof og antistof på samme tid.
Fysikere har længe været overbeviste om, at nærmest alle partikler har en antipartikel – en form for tvillingepartikel med samme masse (vægt), men med modsat ladning.
For eksempel har du formentlig lært i skolen, at en proton har en positiv elektrisk ladning, og det betyder altså, at dens antipartikel – antiprotonen – har en negativ elektrisk ladning.
Når en partikel møder sin antipartikel, så siger fysikerne normalt, at partiklerne annihilerer – smadrer og ophæver – hinanden.
Men dette er ikke tilfældet for majorana-fermionen, som både opfører sig som stof og antistof – tværtimod siger Princeton-forskerne, at majorana-fermionen er en overraskende stabil partikel:
»De modstridende egenskaber gør partiklen neutral, så den kun interagerer meget svagt med sine omgivelser,« lyder det i pressemeddelelsen fra Princeton University.
Er det første bevis for majorana-fermionen?
I flere udenlandske mediers omtale af den nye undersøgelse, lyder det, at majorana-fermionen har været eftersøgt af forskere siden den teoretisk set blev forudsagt i 1930’erne – men at det er første gang, forskere nu har fundet eksperimentelle beviser for, at majorana-fermionen eksisterer.
Den fremstilling mener professor ved Københavns Universitet, Charles Marcus, imidlertid ikke er rigtig. Han er selv eksperimentel fysiker og arbejder også med at opspore majorana-fermioner.
»Jeg mener ikke, at man har søgt efter majorana-fermioner siden 1930’erne. Det er først i de senere år – siden omkring år 2000 – at man bevidst har søgt efter majorana-fermioner i faste stoffer. For eksempel kom der i 2010 et teoretisk studie, som gav en eksplicit opskrift på, hvordan man kunne identificere majorana-fermioner materialer, som var en hybrid mellem halvledere og superledere. Og i 2012 kom den første påstand om, at man havde fundet dem,« siger Charles Marcus, som er Villum Kann Rasmussen professor ved Niels Bohr Institutet.
Han mener dog stadig, at den nye undersøgelse er »spændende«, og at den »bidrager med endnu en undersøgelse til den voksende mængde af studier, som har identificeret majorana-fermioner.«
»Det, som denne undersøgelse gør anderledes, er, at forskerne foreslår et nyt system, hvor majorana fermioner kan forekomme. Det andet nye i undersøgelsen er, at man kan måle rent rumligt, hvor majorana-fermionerne er fundet henne,« siger Charles Marcus.
Fundet med kæmpe mikroskop
Da forskerne i den nye undersøgelse fandt frem til majorana-fermionen, gjorde de brug af et særligt mikroskop, som er hele to etager højt.
\ Fakta
Mange partikler har en ‘tvilling’ – en såkaldt antipartikel En antipartikel har samme masse som sin tvillinge-partikel, men den har modsat ladning. Et eksempel er elektronen – den har en negativ ladning, mens dens antipartikel positronen har en positiv ladning. Fysikerne mener også, at visse partikler kan være deres egen antipartikel. Det gælder majorana-fermionen, som forskere mener at have observeret i et nyt eksperiment. Majorana-fermionen har fået navn efter den italienske fysiker Ettore Majorana, som i 1937 forudså, at der fandtes partikler, som både kunne være stof og antistof. Kilde: Princeton University, Scientific American
De fandt den særlige partikel for enden af en atomisk tynd tråd, som bestod en lang kæde af jern-atomer. Jern-atomerne havde forskerne placeret oven på en såkaldt superleder – et materiale, hvor eletroner kan bevæge sig frit, sådan at elektrisk strøm kan ryge igennem superlederen uden modstand.
Den særlige forsøgsopstilling fik elektroner for enden af den tynde jerntråd til at opføre sig som både elektroner og antielektroner – med andre ord opførte de sig som Majorana-partikler, mener forskerne.
»Det er den mest direkte måde at kigge efter majorana fermioner, eftersom de forventes at dukke op for enden af visse materialer,« siger professor Ali Yazdani i pressemeddelelsen fra Princeton University.
En ny klasse af fysikken
Den hollandske forsker Leo Kouwenhoven – som tidligere selv har fundet tegn på eksistensen af majorana fermioner – udtaler til Scientific American, at de nye resultater viser overbevisende tegn på majorana-fermioners ’signatur’, men at der ikke er tale om et »fuldstændigt og utvetydigt bevis« for, at forskerne har identificeret disse særlige partikler.
For at have et fuldgyldigt bevis mener Kouwenhoven, at man bør lave eksperimenter, som viser, at de observerede partikler ikke opfører som partikler, der tilhører de allerede kendte klasser af partikler.
»Det gode ved majoranaer er, at de potentielt set er en helt ny klasse af partikler. Hvis man finder en ny klasse af partikler, så tilføjer man i virkeligheden et nyt kapital til fysikken,« siger Leo Kouwenhoven fra Delft University of Technology til Scientific American.
Den nye undersøgelse er publiceret i det anerkendte videnskabelige tidsskrift Science. Du kan høre flere detaljer om undersøgelsen i videoen ovenfor.
