Valami nagyon furcsa dolgot hoztak létre a fizikusok
Először sikerült előállítani olyan kvázirészecskéket, amelyek úgy viselkednek, mintha a saját antirészecskéik lennének. A Majorana-részecskék segíthetnek megoldani a hiányzó antianyag galaxisok, sőt akár a sötét anyag rejtélyét is.
A legtöbb részecskének van egy antirészecske párja. Sőt, léteznek antimolekulák, és elméletben létezhetnének antianyag galaxisok is. Közöttük a különbség mindössze annyi, hogy a töltésük ellentétes, minden más szempontból megegyeznek.
Amikor egy részecske és antirészecskéje találkozik, akkor mindketten elpusztulnak, annihilálódnak, a bennük tárolt energia pedig általában két foton formájában kisugárzódik. Ezzel a jókora felszabaduló energiával próbált robbantgatni a bíboros kamarás Dan Brown Angyalok és démonok című regényében. Még ha ilyen bomba nem is, antirészecskék valóban léteznek, sőt úgy tűnik, van olyan részecske, ami a saját antirészecskéje is lehet egyben.
Kettő az egyben
Ezt a gondolatot Ettore Majorana olasz fizikus vetette fel először 1937-ben. Az elmélet nem kavart túl nagy port, mivel sosem észleltek egyszerre anyag- és antianyag-részecskéket, vagyis az elméletet még nem sikerült bizonyítani. Ha léteznek ilyen részecskék, annyira különlegesek, hogy a részecskefizika szabálykönyvének tekinthető Standard Modell nem is érvényes rájuk. Majorana azt is felvetette, hogy ezeknek a – később az olasz fizikus tiszteletére Majorana-részecskéknek nevezett – részecskéknek a tömege is a hagyományostól eltérő módon alakul ki. A Majorana-részecskék nem engedelmeskednek a Nobel-díjas trió, Brout–Englert–Higgs elméletének sem.
A neutrínókkal mindig baj van
A Standard Modell szerint a neutrínóknak nincs tömegük, a mérések viszont ennek az ellenkezőjét mutatják: úgy tűnik, van nekik, de egyelőre nem tudni, hogy miért. A neutrínók ráadásul elektromosan semlegesek. Több fajtájuk van, mindegyikhez tartozik elvileg antineutrínó is, de ezeket nem tudjuk megkülönböztetni – lehet, hogy azok ők maguk, részecskék és antirészecskék egyben. Ezeknek a tulajdonságoknak köszönhetően a neutrínóknak van a legnagyobb esélyük arra, hogy érvényes legyen rájuk Majorana elmélete. Ha létezik Majorana-részecske, az valószínűleg egy neutrínó.
Hol van az antianyag?
Nem az a meglepő állítás, hogy létezhetnének antianyag galaxisok, antibolygókkal (esetleg anti-földönkívüliekkel) hanem az, hogy még nem találtunk egyet sem. A természeti törvények általában szimmetrikusak, akkor miért van mégis több anyag, mint antianyag? Nincs semmilyen oka annak, hogy a részecskék „fontosabbak” legyenek, mint az antirészecskék, és az univerzum „kivételezne” velünk. Ha valóban léteznek olyan részecskék, amelyek antirészecskék is egyben, az talán megmagyarázhatná ezt a különös aszimmetriát.
Hol van a tömeg?
A kozmológia másik nagy kérdése a sötét anyag rejtélye. Jelenleg ugyanis úgy tűnik, hogy az univerzum jókora része olyan anyagból áll, ami láthatatlan, de mégis tömeggel rendelkezik. A Standard Modell erre sem ad választ, de elképzelhető, hogy a Majorana-részecskék máshonnan eredezhető tömege igen.
Találtak is ilyen részecskét?
Sajnos nem, ezért inkább készítettek egyet. A Princeton Egyetem kutatóinak sikerült előállítaniuk olyan kvázirészecskéket, amelyek Majorana-részecskeként viselkednek. A kutatócsoport által létrehozott, egyetlen atom szélességű szupravezető vashuzal végein ugyanis olyan objektumok ülnek, amelyek kísértetiesen hasonlítanak egy Majorana-részecskéhez. Fontos leszögezni, hogy ezek nem valódi részecskék, és nem is neutrínók. Egyelőre nem oldják meg sem a sötét anyag, sem a hiányzó antirészecskék rejtélyét, de mindenképpen közelebb visznek hozzá. Modellként szolgálhatnak, melynek tanulmányozásával a valódi Majorana-részecskék tulajdonságaira is fény derülhet – már ha léteznek. A modellek rendkívül fontosak a fizikában: a rácsban lévő atomok elrendezőzésének kérdését például harisnyába tömött fémgolyókkal sikerült tisztázni.
A részecske-antirészecske „kettő az egyben” jellege jó hír a kvantuminformatikának is. A Majorana-részecske szilárdtestfizikai modellje ugyanis nemcsak szép, de hasznos is: már most, kvázirészecske formában meglehetősen stabil, nem szívesen lép kapcsolatba a környezetével. Ez gyakorlati szempontból nagyon előnyös, mivel a jelenlegi kvantumszámítógépek esetén jókora távolságokra kell ültetni a kvantumrészecskéket ahhoz, hogy ne zavarják egymást. Ezekből a kvázirészecskékből viszont akár kis méretű kvantumszámítógép is építhető.
(origo.hu nyomán)
