Descubren una partícula que es su propia antipartícula

Un equipo de científicos ha podido determinar que realmente existe una partícula que es su propia antipartícula. Se trata del fermión predicho en 1937 por el físico Ettore Majorana, que ha sido observado por primera vez en un material creado en laboratorio. Si los neutrones son partículas de Majorana, el universo está lleno de ellas, suponen los investigadores. El descubrimiento impulsará la construcción de ordenadores cuánticos.

En 1928, el físico Paul Dirac (Premio Nobel de física de 1933 con Erwin Schrödinger) había predicho que cada partícula fundamental del universo poseía una antipartícula que sería su gemelo, pero con una carga opuesta. Cuando estas partículas y antipartículas se encuentran, se anulan recíprocamente provocando una gran cantidad de energía.

Años más tarde, en 1937, el físico Ettore Majorana (integrante del Grupo de Roma) fue un poco más lejos y predijo que en el grupo de partículas llamadas fermiones, que integran al protón, el neutrón, el electrón, el neutrino y el quark, debía haber partículas que son sus propias antipartículas. Un fermión es uno de los dos tipos básicos de partículas elementales que existen en la naturaleza (el otro tipo es el bosón). Los fermiones se caracterizan por tener espín semi-entero.

Ahora, un equipo de científicos asegura que ha descubierto suficientes pruebas de la existencia de una partícula que es su propia antipartícula: el ferminón de Majorana. La ha descubierto en una serie de experiencias de laboratorio con materiales exóticos, según explican en un artículo publicado en la revista Science. El descubrimiento puede tener implicaciones concretas para la construcción de ordenadores cuánticos, aseguran.

“Nuestro equipo predijo exactamente dónde encontrar el fermión de Majorana y qué se debe buscar como evidencia”, explican los investigadores en un comunicado de la Universidad de Stanford. Este descubrimiento da por terminada una de las búsquedas más intensas de la física fundamental, una que ha durado exactamente 80 años, añaden.

Hace tiempo que los físicos suponían que los fermiones de Majorana podrían encontrarse en el tipo de materiales utilizados en este experimento, pero en esta ocasión el equipo ha utilizado elementos nuevos para que la existencia de estos fermiones pueda considerarse probada.

El experimento

En su experimento, los investigadores obtuvieron en primer lugar un aislante topológico superconductor, a través del cual los electrones se desplazaban sobre la superficie del material sin resistencia alguna.

Luego, usando el magnetismo, consiguieron ralentizar la velocidad de los electrones, detener su flujo e incluso que cambiara de dirección. Esos cambios no fueron graduales, sino que se fueron produciendo en pasos abruptos y concretos, como los peldaños de una escalera.

En un momento determinado de este proceso surgieron las partículas de Majorana, en parejas y moviéndose como los electrones, a lo largo del borde del aislante topológico. Las partículas de Majorana reaccionaban como los electrones, se ralentizaban, detenían y cambiaban de dirección, siguiendo los pulsos magnéticos marcados por los investigadores.

Ahora bien, sus pasos eran la mitad de altos que los de los electrones. Esos medios pasos eran, precisamente, lo que los investigadores estaban buscando: la prueba de la existencia de los fermiones de Majorana.

Fabricados artificialmente

En realidad, los fermiones de Majorana observados son esencialmente excitaciones en un material especialmente preparado para el experimento, explican los investigadores. No son partículas elementales propiamente dichas, sino que son fabricados artificialmente, por lo que no se sabe si se producen también en el universo, más allá de este experimento y de estas condiciones.

Ahora bien, si los neutrinos están por todas partes y si los neutrones son partículas de Majorana, entonces quedaría demostrado que la naturaleza no sólo ha hecho posible este tipo de partículas, sino también que el universo está lleno de ellas.

Según los investigadores, estos fermiones permitirían construir ordenadores cuánticos robustos no perturbados por el ruido ambiente, actualmente el mayor obstáculo de la informática cuántica.

Dado que cada Majorana es esencialmente una casi partícula subatómica, un único qubit de información podría almacenarse en 2 fermiones Majorana separados por grandes distancias, lo que reduciría considerablemente los riesgos de perturbación y pérdida de la información contenida en ambos fermiones.

Los investigadores llaman a esta nueva partícula “Ángel”, de la misma forma que al bosón de Higgs se le ha llamado “partícula de dios”.

Referencia Bibliográfica:

Chiral Majorana fermion modes in a quantum anomalous Hall insulator–superconductor structure. Science  21 Jul 2017. Vol. 357, Issue 6348, pp. 294-299. DOI:10.1126/science.aag2792eferencia

Fuente: T21