Gefunden: Spuren von exotischen Teilchen, die Physiker seit 80 Jahren entgangen

Eine mysteriöse Teilchen von beiden Sache gemacht und Antimaterie Physiker seit 80 Jahren entzogen hat, aber jetzt haben Forscher entdeckt Spuren davon.

Physiker glaube jedes Partikel einen eigenen Antiteilchen bei gleicher Masse aber eine entgegengesetzte Ladung hat. Aber das neue Teilchen, genannt ein Majorana (ausgesprochen Mai-Yor -ah-Na) Fermion, fungiert als Antimaterie-Partner und hat eine neutrale Ladung. Das Teilchen ist verwirrend, weil Physiker wissen, dass wenn Materie und Antimaterie kollidieren, sie gegenseitig zu vernichten. In den 1930er Jahren Physiker Ettore Majorana vorgeschlagen, dass ein Teilchen existiert, die Materie und Antimaterie gemacht wurde; Trotzdem, Physiker jede Spur des Teilchens nicht gefunden – bis jetzt.

Knifflige experiment

Fang einen Blick auf dieses hinterhältigen Teilchen war nicht einfach. Ali Yazdani, Professor für Physik an der Princeton University und Kollegen einen riesigen, zweistöckigen Mikroskop zur auf einem winzigen Eisendraht nur wenige Atome lang Null verwendet. Sie legten den Draht auf der Oberseite ein Stück Blei und kühlte es auf minus 458 Grad Fahrenheit (minus 272 Grad Celsius), oder nahe dem absoluten Nullpunkt. [Die 9 größten ungelösten Rätsel der Physik]

Die Extreme Kälte verursachte einen supraleitenden Zustand an der Spitze. (Ein Supraleiter kann Strom ohne Widerstand Kanal.) Das Gleichgewicht zwischen den Magnetic field aus dem Eisendraht und die Supraleitung vom Blei produziert die Majorana Fermionen, die an den Enden des Drahtes schwebte.

Da das Kabel lang genug war, konnte der Materie und Antimaterie an entgegengesetzten Enden hängen und nicht gegenseitig vernichten, Yazdani sagte.

"Materie und Antimaterie isoliert existieren können wenn sie nicht miteinander reden," sagte Yazdani Leben Wissenschaft.

Das riesige Mikroskop, die Forscher erkannt neutrale Signale, die von den Enden des Drahtes — die Tonart von Majorana Fermionen, die jahrzehntelange Forschung und Berechnungen vorhergesagt haben. Diese Nachweismethode unterscheidet sich zum anderen exotischen Teilchen wie dem Higgs-Boson zu erhellen, die innen Large Hadron Collider (LHC), der weltweit größten Atom Smasher entdeckt wurde. Der LHC zerschlägt Atome zusammen am in der Nähe von Lichtgeschwindigkeit und Teilchen in einem Vakuum erzeugt.

Yazdani und das Team gestaltet ihr Experiment basiert auf einer Theorie von Alexei Kitaev, Professor für Physik an der University of California, Santa Barbara entwickelt. Im Jahr 2001 vorhergesagt Kitaev, dass eine bestimmte Art von supraleitenden Zustand Majorana Fermionen erzeugen würde und dass die Partikel an den Enden des Drahtes auftauchen würde.

Yazdani und das Team dauerte zwei Jahre, die Balance zwischen dem Magnetfeld und den supraleitenden Zustand richtig hinzubekommen, aber die Majorana Fermionen entstanden schließlich an den Enden des Drahtes. Die Forscher konnten die Majorana-Teilchen lokalisieren, weil ihre Materie und Antimaterie Komponenten sie elektrisch neutral machen. Die riesigen Rastertunnelmikroskop, die Oberflächen auf atomarer Ebene abbilden kann, erfasst Bilder von der neutralen elektrischen Signale.

Heilige Gral der Quanten-computing?

Majorona Fermionen wäre perfekt für die Erstellung der Quantencomputer. In regelmäßigen Computer werden Informationen gespeichert, in "Bits", von die jede als eine 0 oder eine 1 codiert ist. In einem Quantencomputer gäbe es diese Bits von Informationen gleichzeitig als 0 und 1. Aber dieses seltsame "Überlagerungszustand" ist sehr zerbrechlich.

"Um diese Zustände zu gelangen, du musst deaktivieren, Interaktion mit der Umwelt, weil Störungen das System zusammenbrechen kann", sagte Yazdani.

Also Physiker auf der Suche nach einem Weg zu machen gewesen Bit Quantum stabiler. Majorana Fermionen sind überraschend stabil für wird aus zwei Elementen, die um gegenseitig zu vernichten sollen. Materie und Antimaterie in ein Majorana Fermion gibt es auch eine neutrale Ladung, so dass es kaum mit seiner Umgebung interagiert. Diese Eigenschaften Majorana Fermion machen könnte einen wesentlich stabileren Weg, Quanten-Information zu kodieren, da ihre Überlagerungszustand widerstandsfähiger gegen Zusammenbruch wäre, sagen die Physiker.

Majorana Fermionen sind auch Kandidaten für die geheimnisvolle Dunkle Materie. Dunkler Materie macht fast 27 Prozent des Universums, aber Physiker noch noch nicht direkt erkannt. Viele Wissenschaftler glauben die Teilchen, aus denen sich dunkle Materie muss schwer zu erkennen und wahrscheinlich nicht viel mit ihrer Umwelt zu interagieren – genau wie Majorana Fermionen

Yazdani sagte, dass der nächste Schritt ist zu sehen, ob das Team die Majorana Fermionen manipulieren kann. Ergebnisse des Experiments wurden 2 Okt. in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht.

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