El fermión de Majorana

Ciencia

Hallan la primera partícula que es a la vez antipartícula

j. de j. @judithdj / madrid

Día 06/10/2014 - 16.44h

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El fermión de Majorana, predicho por el físico del mismo nombre en 1937, puede ayudar a desarrollar la computación cuántica

Denise Applewhite

Los físicos de Princeton

El experimento utilizó un cable de grosor atómico

La teoría dice que el Universo contiene materia y antimateria -algo así como la otra cara de la moneda de las partículas (la del electrón, por ejemplo, sería un positrón)- que se aniquilan mutuamente, pero un físico italiano llamado Ettore Majorana predijo en 1937 que una sola partícula podía comportarse simultáneamente como materia y antimateria. Desde entonces, los científicos han buscado esa rareza y aunque con el tiempo ha conseguido observar muchas formas de antimateria, esta extraña y desafiante combinación se mantuvo esquiva. Hasta ahora, porque científicos de la Universidad de Princeton han observado una partícula exótica que se comporta exactamente como había teorizado el italiano. Sus descubridores no tienen duda, han visto por primera vez el «fermión de Majorana». El hallazgo podría permitir en el futuro el desarrollo de potentes ordenadores basados en la mecánica cuántica. Lo cuentan en la revista Science.

La observación no se ha realizado colisionando partículas a alta velocidad en un gigantesco acelerador, como ocurrió con el bosón de Higgs. En este experimento, los científicos utilizaron materiales superconductores, un cable de hierro de solo un átomo de ancho y cerca de tres de espesor, enfriado casi hasta el cero absoluto (-272 ºC), y lo examinaron con un microscopio de efecto túnel de dos pisos de altura que, para evitar vibraciones, está suspendido como una isla flotante. Los científicos capturaron una imagen brillante de estas partículas en los extremos del cable, justo donde se preveía que serían encontradas después de décadas de estudio y cálculo.

Según los físicos de Princeton, a pesar de su extraña condición, el fermión de Majorana es sorprendentemente estable. En lugar de ser destructivas, las propiedades en conflicto hacen que la partícula sea neutra, de modo que interactúa muy débilmente con su entorno. El nuevo fermión apareció «limpio y alejado de cualquier partícula espuria», que serían inevitables en experimentos con aceleradores de alta energía.

Ordenador cuántico

Ali Yazdani, profesor de física que dirigió el equipo de investigación, cree que el descubrimiento puede tener beneficios prácticos en el campo de la computación cuántica, en la que los electrones son inducidos no solo a representar los unos y ceros de los ordenadores convencionales, sino también a un extraño estado cuántico que es a la vez un uno y un cero. Esta extraña propiedad, llamada superposición cuántica, podría permitir a los ordenadores realizar cálculos ahora imposibles.

El hallazgo también tiene amplias implicaciones para otras áreas de la física. Los científicos creen que, por ejemplo, que otra partícula subatómica llamada neutrino, que también interactúa muy débilmente y es muy difícil de detectar, podría ser un tipo de Majorana: un neutrino y antineutrino siendo la misma partícula. Además, los científicos consideran los fermiones de Majorana como posibles candidatos a la materia oscura, la misteriosa sustancia que se cree compone la mayor parte del Universo, pero que nunca ha sido observada directamente.

Yazdani señala que, aunque el sistema experimental utilizado para medir y demostrar la existencia de partículas de Majorana es muy complejo, el nuevo enfoque no utiliza materiales exóticos y es sencillo para que otros científicos puedan reproducirlo e incluso obtener mejores resultados con otros materiales.

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Hay montones de partículas que son su propia anti-partícula. Por ejemplo, el fotón. Pero todas son bosones (es decir, de espín entero.) La novedad es que la partícula de Majorana es el primer fermión (es decir, de espín semientero) que es su propia anti-partícula.