Σωματίδιο-φάντασμα που είναι ταυτόχρονα ύλη και αντιύλη παρατήρησαν Αμερικανοί ερευνητές

Σωματίδιο-φάντασμα που είναι ταυτόχρονα ύλη και αντιύλη παρατήρησαν Αμερικανοί ερευνητές

Επιστήμονες στις ΗΠΑ πέτυχαν επιτέλους αυτό που πολλοί φυσικοί προσπαθούσαν να κάνουν εδώ και δεκαετίες: να δουν για πρώτη φορά στο μικροσκόπιο το μυστηριώδες σωματίδιο Ματζοράνα, το οποίο είναι άκρως «εξωτικό», καθώς συμπεριφέρεται ταυτόχρονα ως ύλη και αντιύλη. Το επίτευγμα, πέρα από τη σημασία του για τη θεμελιώδη φυσική, μπορεί να έχει και μελλοντικές πρακτικές εφαρμογές, αξιοποιούμενο για τη δημιουργία ισχυρότερων κβαντικών υπολογιστών.

Οι φυσικοί θεωρούν ότι κάθε σωματίδιο της ύλης έχει ένα αντίστοιχο αντιύλης με ίση μάζα, αλλά αντίθετο ηλεκτρικό φορτίο. Όταν αυτά τα δύο έρχονται σε επαφή, το ένα εξουδετερώνει το άλλο και αλληλοκαταστρέφονται. Όμως από τη δεκαετία του '30, οι επιστήμονες πιστεύουν ότι υπάρχουν σωματίδια που είναι «και τα δύο σε συσκευασία του ενός».

Σύμφωνα με το ΑΜΠΕ, ένα τέτοιο σωματίδιο (φερμιόνιο) είχε προβλεφθεί θεωρητικά από το 1937 από τον ιταλό φυσικό Έτορε Ματζοράνα, από τον οποίο και πήρε το όνομά του. Ο Ματζοράνα είχε επιμείνει ότι υπάρχει ένα παράξενο σταθερό σωματίδιο που μπορεί να είναι τόσο ύλη όσο και αντιύλη. Αν και μέχρι σήμερα διάφορες μορφές αντιύλης έχουν ανιχνευθεί, το «κυνήγι» για την επιβεβαίωση της ύπαρξής του συγκεκριμένου σωματιδίου - Ιανού δεν είχε ως τώρα αποδώσει καρπούς.

Η παρατήρηση έγινε από ερευνητικές ομάδες των πανεπιστημίων Πρίνστον και Τέξας - Όστιν, με επικεφαλής τον καθηγητή φυσικής Αλί Γιατζανί, και η σχετική δημοσίευση έγινε στο κορυφαίο επιστημονικό περιοδικό Science. Για τον εντοπισμό του φευγαλέου φερμιονίου χρησιμοποιήθηκε ένα πανύψηλο διώροφο μικροσκόπιο και το «Ματζοράνα» εντοπίστηκε στην άκρη ενός πολύ λεπτού υπεραγώγιμου σύρματος από μόλυβδο και μαγνητικό σίδηρο, πλάτους μόλις ενός ατόμου και πάχους τριών ατόμων.

Τα υλικά με υπεραγωγιμότητα επιτρέπουν την ανεμπόδιστη κίνηση των ηλεκτρονίων (δηλαδή του ηλεκτρικού ρεύματος) χωρίς αντίσταση.

Αντίθετα με άλλα σωματίδια, όπως π.χ. το διάσημο μποζόνιο του Χιγκς, που βρέθηκε στο κενό, στο εσωτερικό ενός γιγάντιου επιταχυντή μετά από συγκρούσεις άλλων σωματιδίων, το Ματζοράνα ανακαλύφθηκε στο εσωτερικό ενός συγκεκριμένου υλικού, στο Κέντρο Πολύπλοκων Υλικών του Πρίνστον. Σωματίδια όπως το Ματζοράνα λέγονται «αναδυόμενα», επειδή προκύπτουν από τις συλλογικές ιδιότητες της περιβάλλουσας ύλης και δεν μπορούν να υπάρξουν έξω από το υπεραγώγιμο υλικό. Για το πείραμα, με χρηματοδότηση και από το Πολεμικό Ναυτικό των ΗΠΑ, η θερμοκρασία έπρεπε να πέσει στους μείον 272 βαθμούς Κελσίου, μόλις ένα βαθμό πάνω από το απόλυτο μηδέν.

Παρά την «υβριδική» φύση του (μαζί ύλη και αντιύλη, οι οποίες κανονικά αλληλοεξουδετερώνονται, όταν έλθουν σε επαφή), το φερμιόνιο Ματζοράνα είναι αναπάντεχα σταθερό, εμφανιζόμενο ουδέτερο, με αποτέλεσμα να αλληλεπιδρά πολύ ασθενώς με το περιβάλλον του. Αυτή ακριβώς η ασυνήθιστη ιδιότητά του θα μπορούσε να αξιοποιηθεί, ώστε το σωματίδιο να χρησιμοποιηθεί ως κβαντικό δυαδικό ψηφίο (qubit) για την κωδικοποίηση κβαντικών δεδομένων σε έναν μελλοντικό υπολογιστή. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι, με τις κατάλληλες εργαστηριακές συνθήκες, και άλλα υπεραγώγιμα υλικά -εκτός από το σύρμα τους από μόλυβδο και σίδηρο- θα μπορούσαν να παράγουν στην άκρη τους το Ματζοράνα.

Οι επιστήμονες στρέφουν πλέον την προσοχή τους στην αναζήτηση «ελεύθερων» σωματιδίων Ματζοράνα στη φύση, που δεν «αναδύονται» απλώς μέσα σε ένα υπεραγώγιμο υλικό. Μερικοί υποπτεύονται ότι ένα άλλο μυστηριώδες σωματίδιο, το νετρίνο, το οποίο επίσης αλληλεπιδρά πολύ ασθενώς με το υλικό περιβάλλον του, μπορεί να είναι τελικά ένα είδος Ματζοράνα. Κάποιοι άλλοι θεωρούν το Ματζοράνα ως υποψήφιο σωματίδιο της μυστηριώδους αόρατης σκοτεινής ύλης, η οποία αποτελεί το μεγαλύτερο μέρος της ύλης του σύμπαντος.