Tältä näyttää atomin vahvuinen lanka, jonka päässä kököttää majoranahiukkanen. Kuva: Yazdani Lab, Princeton University
Tältä näyttää atomin vahvuinen lanka, jonka päässä kököttää majoranahiukkanen. Kuva: Yazdani Lab, Princeton University

Oudokin olemassaolo pääteltiin 1930-luvulla, havaittiin nyt.

Aineen pienimmillä osasilla hiukkasilla on omat antihiukkasensa, joilla on sama massa kuin tavallisilla hiukkasilla mutta vastakkainen varaus. Kuitenkin italialainen fyysikko Ettore Majorana esitti jo 1930-luvulla, että lisäksi on olemassa hiukkanen, joka on yhtä aikaa oma antihiukkasensa. Nyt Princetonin yliopiston tutkijat ovat onnistuneet saamaan tämän erikoistapauksen näkyville.

Tehtävä ei ollut helppo, sillä majoranahiukkasen havaitsemista vaikeuttaa sähkövarauksen puuttuminen. Neutraali hiukkanen vuorovaikuttaa vain hyvin heikosti ympäristönsä kanssa. Tästä syystä on myös arveltu, että arvoituksellinen pimeä aine koostuisi majoranahiukkasista.

Aiemmin hollantilainen ryhmä on kenties tehnyt havainnon majoranasta. He saivat esiin sähköisen signaalin, joka kieli hiukkasen olemassaolosta. Signaalin voi kuitenkin selittää useilla muilla tavoilla.

Princetonin ryhmä sen sijaan otti ilmiöstä kuvan, mikä lisää vakuuttavuutta. He olivat valmistaneet ensin yhden atomin paksuisen rautalangan, joka lepäsi lyijyalustan urassa. Teorian mukaan langan molempiin päihin voisi tietyissä oloissa ilmaantua majoranahiukkanen.

Lanka istutettiin tunnelointimikroskooppiin ja jäähdytettiin -272 asteeseen eli asteen päähän absoluuttisesta nollapisteestä. Lanka oli suprajohtavassa tilassa, jolloin aineen vastus täysin katoaa. Juuri sellainen tila on otollinen majoranan ilmaantumiselle.

Tunnelointimikroskooppi tallensi samanlaisen sähköisesti neutraalin signaalin kuin minkä hollantilaisryhmä oli havainnut. Nyt kuitenkin tutkijat pystyivät samalla kuvallistamaan ilmiön ja siten paikantamaan sen juuri langan päihin. Tämä todistaa vahvasti sen puolesta, että kyseessä olivat majoranahiukkaset.

Löytö ei ole vain hiukkasfysiikan edistysaskel. Myös kvanttitietokoneiden kehittely voi vauhdittua. Majorana on yllättävän vakaa hiukkanen, minkä vuoksi sitä voitaisiin käyttää informaation perustana kvanttitietokoneessa.

Löydöksen julkaisi Science.

Vierailija

Ensivilkaisu hiukkasesta, joka on itsensä antihiukkanen

Kvasihiukk Jyri T. 04.10.2014 klo 13:55 Siis kyse on KVASIhiukkasesta, ei todellisesta hiukkasesta. Samaa sarjaa kuin P.S.V:n hehkuttama NG-bosoni. http://en.wikipedia.org/wiki/Quasiparticle Kvasihiukkasista tulikin mieleen tuo magneettien monopoli-uutinen alkuvuodelta mistä Tiede-lehdessäkin oli juttu. Mahtoikohan tuo silloin havaittu monopoli olla oikea magn. monopoli vaiko vain tämmöinen kvasihiukkanen jolla on monopolin ominaisuuksia?
Lue kommentti