Les gens le cherchaient depuis 1937, mais maintenant les physiciens néerlandais pensent l'avoir vu pour la première fois :le fermion de Majorana.
« Avons-nous vu des fermions de Majorana ? Je dirais un oui prudent. Avec ces mots, le professeur de Delft et lauréat du prix Spinoza Leo Kouwenhoven a laissé les participants d'une grande conférence de physique stupéfaits début mars. Nature l'événement.
D'où vient cette excitation ? Pensez-y :le fermion de Majorana est une particule recherchée depuis près de quatre-vingts ans. En 1937, le physicien italien Ettore Majorana prédit son existence, mais elle n'a jamais été observée. De plus, c'est l'une des particules les plus exotiques imaginables. Pourquoi? Pour comprendre cela, vous devez connaître une chose ou deux sur les fermions, les bosons et l'antimatière.
Vous pouvez diviser les petites particules qui composent notre nature en deux catégories :les fermions et les bosons. La différence entre les deux réside dans leur spin :la propriété mécanique quantique qui représente le propre champ magnétique créé par une particule.
Il n'est pas nécessaire de comprendre exactement comment cela fonctionne. Mais cela signifie, par exemple, que dans le modèle standard, les particules qui composent la matière, comme les électrons et les quarks, sont des fermions, et les particules qui transmettent les forces, comme les photons (électromagnétisme) et les gluons (force nucléaire forte) , sont des bosons.
Les fermions et les bosons diffèrent les uns des autres à plusieurs égards, mais il s'agit maintenant de la partie antimatière ; ou l'idée que chaque particule a une antiparticule de charge opposée. Par exemple, l'électron chargé négativement a un positon chargé positivement comme antiparticule. Si une particule rencontre sa propre antiparticule, elles se détruisent. Mais cela devient difficile si une particule est neutre, et donc sans charge. Dans le cas d'un boson, la particule est alors en même temps sa propre antiparticule. Cela ne s'applique normalement pas aux fermions :un antineutron, par exemple, est une particule différente d'un neutron.
Maintenant, Ettore Majorana entre dans l'histoire. Après avoir étudié les théories sur les fermions, il a eu l'idée qu'il doit aussi y avoir des fermions neutres qui sont leurs propres antiparticules. Il a littéralement décrit la situation dans laquelle une particule et son antiparticule sont indiscernables l'une de l'autre. Donc, essentiellement, les particules sont une seule et même chose. Ces "fermions de Majorana", comme on les appellera plus tard, ont été intensivement recherchés, comme dans les accélérateurs de particules, mais une telle particule n'a jamais été observée dans la vie réelle.
Jusqu'à présent, semble-t-il. Le groupe de Delft van Kouwenhoven pense avoir entrevu des fermions de Majorana dans son laboratoire. Les chercheurs ont créé un circuit électrique à travers des nanofils d'antimoniure d'indium couplés à un matériau supraconducteur. Ils ont exposé le tout à un champ magnétique. Des mesures de la conductivité électrique à l'interface des nanofils avec le supraconducteur suggèrent que des fermions de Majorana ont été créés ici. Un champ magnétique changeant a eu l'effet sur la conduction que vous attendriez en présence des particules illustres.
Le professeur de Twentse Alexander Brinkman, qui recherche également les fermions de Majorana, est, comme prévu, enthousiasmé par la travail de ses collègues de Delft. "Oui, c'est super. C'est une bonne indication, et bonne pour la recherche néerlandaise. Aux côtés de nombreux autres scientifiques, Brinkman lui-même recherche les soi-disant isolants topologiques. « Le travail du groupe de Delft se suffit à lui-même. Ils travaillent sur ces nanofils depuis plusieurs années maintenant. »
Maintenant, selon Brinkman, plus de preuves sont nécessaires. Il pointe un article du physicien américain Sankar Das Sarma (Université du Maryland), qui prédit théoriquement les propriétés d'un fermion de Majorana dans des nanofils couplés à un supraconducteur. "Le groupe Kouwenhoven en a maintenant vérifié un", explique Brinkman. « Il est maintenant important de faire de même pour les autres propriétés. C'est pourquoi Kouwenhoven a parlé d'un 'oui prudent'."
Ce n'est pas seulement une grande nouvelle pour la science. Le champagne peut également couler chez le géant du logiciel Microsoft. L'année dernière, la société a investi un million d'euros dans la recherche de Kouwenhoven. Pourquoi une entreprise comme Microsoft s'y intéresse-t-elle ? Tout simplement :ces particules de Majorana pourraient être d'une grande valeur pour de nouveaux ordinateurs puissants, dits ordinateurs quantiques.
Les bits de nos ordinateurs actuels ne prennent que les valeurs 0 ou 1. Un bit quantique - qubit en abrégé - peut également avoir une combinaison de ces valeurs. En conséquence, les ordinateurs basés sur ces qubits ont théoriquement une puissance de calcul beaucoup plus importante. Mais les qubits sont des créatures fragiles. Ils sont rapidement perturbés par l'environnement et perdent alors leurs propriétés particulières.
Les tentatives de construction d'une mémoire de qubits se heurtent invariablement à ce problème. On pense que les fermions de Majorana souffrent beaucoup moins de perturbations lorsqu'ils sont utilisés comme qubits. S'il en vient à cela, Kouwenhoven aura de bons papiers pour un prix Nobel. Au fait, avec cette trouvaille, il l'a déjà du tout, si ça tient le coup.
Il serait peut-être bon de préciser que les physiciens de Delft n'ont pas littéralement « vu » les fermions de Majorana. Par exemple, ils n'ont pas de photo microscopique montrant la particule. Alors quoi? Les chercheurs ont mesuré les effets dans leur matériau qui semblent être causés par l'interaction des fermions de Majorana et du matériau. En physique, on parle d'une soi-disant « quasi-particule », c'est-à-dire quelque chose qui apparaît comme une particule. Pour vraiment "voir" les fermions de Majorana dans la nature, les accélérateurs de particules semblent être le meilleur endroit où chercher.
