اولین نشانه از حضور فرمیون ماجورانا در نانوسیم‌ها

فیزیک‌دانان هلندی می‌گویند که اولین نشانه از وجود فرمیون ماجورانا را یافته‌اند. فرمیون ماجورانا ذره‌ای است که با خود ضدذره به‌همراه دارد. آنها مدعی هستند که برای به‌دست آوردن این نشانه طرحی را ارائه کرده‌اند. وجود این ذرات اولین بار توسط فیزیک‌دان ایتالیایی اتوره ماجورانا در سال ۱۹۳۷ پیش‌بینی شده بود.

اتوره ماجورانا پیش‌بینی کرده بود که این ذرات میان سطح تماس سیم نیمه‌هادی و الکترود ابررسانا وجود دارد. فرمیون ماجورانا که در هلند شناسایی شده یک ذره بنیادین نیست بلکه یک شبه ذره است، شبه ذره به مجموعه‌ای از رفتارهای الکترونی در حالت جامد اطلاق می‌گردد.

این ذرات کشف شده با نتایج مطالعات نظری که اخیرا انجام شده تطابق دارد، در این مطالعات پیش‌بینی شده بود که این ذرات در ادوات حالت جامد می‌تواند وجود داشته باشد. از این نتایج می‌توان در کامپیوترهای کوانتومی استفاده کرد زیرا فرمیون ماجورانا برخلاف فرمیون‌های دیراک نظیر الکترون، از آمار غیرآبلین پیروی می‌کند در نتیجه نسبت به نویزهای محیطی مقاوم هستند. با این تفاسیر فرمیون ماجورانا می‌توانند اطلاعات کوانتومی را بدون این که از محیط اطراف متاثر شوند، انتقال دهند. چنین نتیجه‌ای برای کسانی که قصد دارند کامپیوترهای کوانتومی بسازند بسیار جالب خواهد بود.

رد پای جدید فرمیون ماجورانا توسط لئو کونهون از دانشگاه صنعتی دلفت و دانشگاه صنعتی آیندهوون به‌دست آمده است جایی که روی موادی موسوم به عایق‌های توپولوژیکی کار می‌کنند. عایق‌های توپولوژیکی به مواد گفته می‌شود که به‌صورت توده‌ای عایق هستند اما جریان الکتریسیته را از سطح خود عبور می‌دهند. تئوری‌ها پیش‌بینی می‌کند که شبه ذرات فرمیون ماجورانا می‌تواند از ترکیب ابررسانا معمولی و عایق توپولوژیکی به‌دست آید.

اگر یک ابرهادی در تماس با عایق توپولوژیکی قرار گیرد، حالت سطحی عایق تبدیل به ابرهادی می‌شود. از آنجایی که حالت‌های سطح نیمی از سیستم الکترونی دو بعدی را دارا هستند، حالت ابررسانایی نصف حالت ابررسانایی معمولی خواهد شد. این همان شرایطی است که دانشمندان معتقدند که شبه ذرات فرمیون ماجورانا می‌توانند ایجاد شوند.

این گروه تحقیقاتی جریانی را از میان نانوسیم عبور دادند و اثر تغییر ولتاژ را روی جریان بررسی کردند. در عدم وجود میدان مغناطیسی، دو پیک دیده شد که هر دوی آنها در یک سوی صفر قرار داشتند. زمانی که میدان مغناطیسی اعمال شد و افزایش یافت محل پیک‌ها در همان جای قبلی باقی ماندند. این اتفاق زمانی که میدان الکتریکی نیز اعمال شد دوباره تکرار شد. پژوهشگران می‌گویند این پدیده تنها زمانی رخ می‌دهد که جفت فرمیون ماجورانا در یک سوی نانوسیم وجود داشته باشد.نتایج این تحقیق در نشریه Science  به چاپ رسیده است.