Декабрь 2019
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
25 26 27 28 29 30 1
2 3 4 5 6 7 8
9 10 11 12 13 14 15
16 17 18 19 20 21 22
23 24 25 26 27 28 29
30 31 1 2 3 4 5

Наука

Получены первые признаки существования фермиона Майораны

Фермионы Майораны интересны не просто как абстрактные новые элементарные частицы — в первую очередь они ценны для космологии. Существуют теоретические соображения, по которым значительная часть так называемой тёмной материи является фермионами Майораны. И это позволяет избавиться от парадокса барионной асимметрии Вселенной — того необъяснимого с точки зрения современной космологии факта, что в наблюдаемой Вселенной обычная (барионная) материя наличествует, а антиматерии практически нет. Кроме того, на основе этих частиц будто бы можно построить максимально стабильный квантовый компьютер. Вот почему, кстати, рассматриваемое исследование наполовину финансировалось корпорацией Microsoft, увидевшей в проекте практический интерес.

Получены первые признаки существования фермиона Майораны



Фермионы Майораны (два оранжевых шарика) пропускали электроны от золотого контакта к сверхпроводящему только при достижении электронами определённой энергии; в противном случае электроны отражались. (Здесь и ниже илл. TU Delft.)

Ну а обнаружить удалось скорее квазичастицу: коллективные потоки электронов могут вести себя как фермионы Майораны, и это не то, чем, к примеру, может быть нейтрино, если оно является фермионом этого типа. Чтобы зарегистрировать признаки такой квазичастицы, исследовательская группа Лео Коувенховена и его коллег из Делфтского технического университета (Нидерланды) создала специальный транзистор. Если в стандартном транзисторе приложение напряжения к металлическому электроду, являющемуся логическим элементом, приводит к тому, что ток проходит через полупроводник между двумя другими металлическими электродами, то из теории следует, что, заменив один из вторичных электродов сверхпроводником и подавая ток через специальную полупроводниковую нанонить под действием магнитного поля, можно добиться от электронов в этой нанонити коллективного поведения, показывающего, что на противоположном конце нити присутствуют фермионы Майораны. Так, достаточное количество энергии у электрона позволит ему пройти через фермион Майораны, который теоретически должен находиться на другой стороне нанонити. Если же послать ток через нормальный электрод к сверхпроводящему электроду без магнитного поля, воздействующего на последний, то электроны будут отскакивать от сверхпроводника, так как их энергии не хватит для прохождения через фермион. Таким образом, ток на сверхпроводящем электроде не появится, и напряжение на нём будет равно нулю. А вот включение магнитного поля позволит электронам войти в сверхпроводник и вызвать на выходе скачок напряжения, отмечаемый приборами.



Этот скачок и обнаружила группа профессора Коувенховена. Как только исследователи убирали магнитное поле или меняли второй электрод на сверхпроводящий, условия, теоретически необходимые для существования квазичастиц типа фермионов Майораны, исчезали, а вместе ними пропадал и предсказанный теоретически скачок напряжения. Таким образом, удалось экспериментально исключить любую вероятность того, что наблюдаемый скачок напряжения вызван иными причинами — а значит, надёжно (хоть и не напрямую) зарегистрировать присутствие фермиона Майораны.

Несколько неожиданным стало лишь то, что предполагавшийся теорией скачок напряжения почему-то оказался в 20 раз меньше предсказанного. Проблема, по мнению исследователей, в том, что пределы чувствительности оборудования очень близки к тем значениям напряжения, которые были получены в ходе эксперимента.

Получены первые признаки существования фермиона Майораны



Схема устройства: нить из антимонида индия, контактирующий с ней золотой электрод и сверхпроводящий электрод на базе ниобия. Каждый такой транзистор собран на кремниевой подложке.

Практическое применение этих экзотических частиц может быть весьма многообещающим. Дело в том, что, согласно теоретически предсказанным свойствам фермионов Майораны, при изменении их взаимного расположения они «запоминают» свои предыдущие позиции. То есть их можно использовать для записи информации на квантовом уровне, что повысит ёмкость накопителей до теоретического предела.

Подготовлено по материалам Делфтского технического университета и arXiv-препринта.
Источник
© 2012 FUN-SPACE.ru. Все права защищены.
Создание сайтов Санкт-Петербург Яндекс.Метрика