Los científicos descubren "partícula de ángel" que es su propia antipartícula
Científicos de Stanford y de la Universidad de California han encontrado evidencia de fermiones de Majorana - partículas que son sus propias antipartículas (Crédito de la imagen: spgirolamo / Depositphotos)
Por Michael Irving, para New Atlas 20 de julio de 2017
Cada partícula fundamental en el universo tiene una antipartícula, que tiene la misma masa pero la carga opuesta. Si una partícula llegara a cumplir su antipartícula, los dos se aniquilarían en un destello de energía. Pero se ha teorizado que hay una excepción a la regla, con ciertas partículas que son en realidad sus propias antipartículas. Ahora, los científicos de Stanford y la Universidad de California han encontrado la primera evidencia fuerte de este tipo de partículas, que denominan "partícula de ángel".
La teoría se remonta a 1937, cuando el físico Ettore Majorana destacó una brecha en la familia de las partículas fermión. Los protones, los electrones, los neutrones, los neutrinos y los quarks son todos fermiones, y todos tienen antipartículas correspondientes, pero según los cálculos de Majorana, deberían existir partículas que sean sus propias antipartículas.
Puesto que no tienen carga, los neutrones y los neutrinos eran los mejores candidatos para ser estos fermiones de Majorana, pero los antineutrones se han descubierto desde entonces. Todavía hay un gran signo de interrogación sobre los neutrinos, sin embargo, y los experimentos están en curso para determinar si son de hecho su propia antipartícula. Sin embargo, la dificultad de los experimentos significa que la respuesta está todavía más de una década.
Mientras tanto, la forma más probable de encontrar fermiones de Majorana es buscando "cuasiparticulas". Como su nombre indica, no son partículas absolutamente naturales, sino que surgen del comportamiento colectivo de los electrones y tienen ciertas propiedades de las partículas. Si esto es difícil de visualizar, la Encyclopaedia Britannica explica el concepto como burbujas en una bebida: las burbujas también surgen del "comportamiento colectivo" de los productos químicos en la bebida, y aunque no son objetos realmente independientes, las burbujas tienen propiedades medibles como objetos, incluyendo tamaño, forma, etc.
De la misma manera, las cuasipartículas pueden no ocurrir fuera de condiciones muy específicas, pero pueden ser consideradas como fermiones de Majorana si exhiben todas las propiedades correctas. Ahora Stanford y los investigadores de la UC dicen que han encontrado una "pistola humeante" firma que señala la presencia de estos fermiones hipotéticos.
"Nuestro equipo predijo exactamente dónde encontrar el fermión de Majorana y qué buscar como su firma experimental", dijo Shoucheng Zhang, uno de los principales autores del documento de investigación. "Este descubrimiento concluye una de las búsquedas más intensivas en física fundamental, que duró exactamente 80 años".
Para hacer que estas quasiparticulas peculiares se muestran, el equipo cuidadosamente construyó su "bebida" muy específica, compuesta de películas delgadas de dos materiales cuánticos apilados uno encima del otro. El resultado final es un aislante topológico superconductor, que permite a los electrones moverse rápidamente a lo largo de los bordes de la superficie del material, pero no a través del centro. La adición de una pizca de material magnético a la mezcla hizo que los electrones fluyeran en una dirección a lo largo de un borde y la dirección opuesta a la otra.
Los investigadores entonces barrido un imán sobre el material, lo que causó todos los electrones a ralentizarse, detenerse y cambiar de dirección. La inversión ocurrió en un movimiento sacudido, escalonado que el equipo compara a escaleras en una escalera. Las cuasiparticulas comenzaron a emerger del material en pares, viajando por el mismo camino que los electrones, pero hubo una diferencia clave: cuando se detuvieron y se dieron vuelta, lo hicieron en "pasos" exactamente en la mitad de los electrones. Esto se debe a que cada uno es esencialmente sólo la mitad de una partícula, ya que uno de cada par de cuasipartículas se pierde en el camino. Y ese fenómeno era exactamente la evidencia que el equipo había estado buscando.
Zhang propone que el descubrimiento del equipo sea llamado "partícula de ángel" después de la novela de Dan Brown Ángeles y Demonios, que cuenta con una bomba impulsada por la reunión de materia y antimateria. A largo plazo, Majoranas podría encontrar una aplicación práctica en la fabricación de computadoras cuánticas más seguras.
La investigación fue publicada en la revista Science, y Zhang hace una presentación sobre los hallazgos en el video a continuación.
Universidad de Stanford
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Científicos de Stanford y de la Universidad de California han encontrado evidencia de fermiones de Majorana - partículas que son sus propias antipartículas (Crédito de la imagen: spgirolamo / Depositphotos)
Por Michael Irving, para New Atlas 20 de julio de 2017
Cada partícula fundamental en el universo tiene una antipartícula, que tiene la misma masa pero la carga opuesta. Si una partícula llegara a cumplir su antipartícula, los dos se aniquilarían en un destello de energía. Pero se ha teorizado que hay una excepción a la regla, con ciertas partículas que son en realidad sus propias antipartículas. Ahora, los científicos de Stanford y la Universidad de California han encontrado la primera evidencia fuerte de este tipo de partículas, que denominan "partícula de ángel".
La teoría se remonta a 1937, cuando el físico Ettore Majorana destacó una brecha en la familia de las partículas fermión. Los protones, los electrones, los neutrones, los neutrinos y los quarks son todos fermiones, y todos tienen antipartículas correspondientes, pero según los cálculos de Majorana, deberían existir partículas que sean sus propias antipartículas.
Puesto que no tienen carga, los neutrones y los neutrinos eran los mejores candidatos para ser estos fermiones de Majorana, pero los antineutrones se han descubierto desde entonces. Todavía hay un gran signo de interrogación sobre los neutrinos, sin embargo, y los experimentos están en curso para determinar si son de hecho su propia antipartícula. Sin embargo, la dificultad de los experimentos significa que la respuesta está todavía más de una década.
Mientras tanto, la forma más probable de encontrar fermiones de Majorana es buscando "cuasiparticulas". Como su nombre indica, no son partículas absolutamente naturales, sino que surgen del comportamiento colectivo de los electrones y tienen ciertas propiedades de las partículas. Si esto es difícil de visualizar, la Encyclopaedia Britannica explica el concepto como burbujas en una bebida: las burbujas también surgen del "comportamiento colectivo" de los productos químicos en la bebida, y aunque no son objetos realmente independientes, las burbujas tienen propiedades medibles como objetos, incluyendo tamaño, forma, etc.
De la misma manera, las cuasipartículas pueden no ocurrir fuera de condiciones muy específicas, pero pueden ser consideradas como fermiones de Majorana si exhiben todas las propiedades correctas. Ahora Stanford y los investigadores de la UC dicen que han encontrado una "pistola humeante" firma que señala la presencia de estos fermiones hipotéticos.
"Nuestro equipo predijo exactamente dónde encontrar el fermión de Majorana y qué buscar como su firma experimental", dijo Shoucheng Zhang, uno de los principales autores del documento de investigación. "Este descubrimiento concluye una de las búsquedas más intensivas en física fundamental, que duró exactamente 80 años".
Para hacer que estas quasiparticulas peculiares se muestran, el equipo cuidadosamente construyó su "bebida" muy específica, compuesta de películas delgadas de dos materiales cuánticos apilados uno encima del otro. El resultado final es un aislante topológico superconductor, que permite a los electrones moverse rápidamente a lo largo de los bordes de la superficie del material, pero no a través del centro. La adición de una pizca de material magnético a la mezcla hizo que los electrones fluyeran en una dirección a lo largo de un borde y la dirección opuesta a la otra.
Los investigadores entonces barrido un imán sobre el material, lo que causó todos los electrones a ralentizarse, detenerse y cambiar de dirección. La inversión ocurrió en un movimiento sacudido, escalonado que el equipo compara a escaleras en una escalera. Las cuasiparticulas comenzaron a emerger del material en pares, viajando por el mismo camino que los electrones, pero hubo una diferencia clave: cuando se detuvieron y se dieron vuelta, lo hicieron en "pasos" exactamente en la mitad de los electrones. Esto se debe a que cada uno es esencialmente sólo la mitad de una partícula, ya que uno de cada par de cuasipartículas se pierde en el camino. Y ese fenómeno era exactamente la evidencia que el equipo había estado buscando.
Zhang propone que el descubrimiento del equipo sea llamado "partícula de ángel" después de la novela de Dan Brown Ángeles y Demonios, que cuenta con una bomba impulsada por la reunión de materia y antimateria. A largo plazo, Majoranas podría encontrar una aplicación práctica en la fabricación de computadoras cuánticas más seguras.
La investigación fue publicada en la revista Science, y Zhang hace una presentación sobre los hallazgos en el video a continuación.
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