Les physiciens néerlandais la traquaient depuis 1937 : le fermion de Majorana semble enfin observé pour la première fois.
« Avons-nous vu des fermions de Majorana ? Un oui prudent », a déclaré le professeur de Delft et lauréat du prix Spinoza, Leo Kouwenhoven, stupéfiant les participants d'une grande conférence de physique début mars. Nature a couvert l'événement.
D'où vient cette excitation ? Le fermion de Majorana est une particule recherchée depuis près de 80 ans. En 1937, le physicien italien Ettore Majorana prédit son existence, mais elle n'a jamais été observée. C'est l'une des particules les plus exotiques imaginables. Pour comprendre pourquoi, il faut connaître les bases des fermions, bosons et de l'antimatière.
Les particules élémentaires se divisent en deux catégories : fermions et bosons. La différence réside dans leur spin, une propriété quantique liée à leur champ magnétique intrinsèque.
Dans le Modèle standard, les fermions composent la matière (électrons, quarks), tandis que les bosons transmettent les forces (photons pour l'électromagnétisme, gluons pour la force nucléaire forte).
Les fermions et bosons diffèrent notamment par l'antimatière : chaque particule a une antiparticule de charge opposée (électron négatif et positron positif). Elles s'annihilent au contact. Pour les particules neutres, un boson est sa propre antiparticule, mais pas les fermions (un antineutron diffère du neutron).
Ettore Majorana théorisa des fermions neutres, indistinguables de leur antiparticule : les fermions de Majorana. Intensément recherchés (accélérateurs de particules), ils n'ont jamais été détectés dans la nature.
Jusqu'ici. L'équipe de Delft dirigée par Kouwenhoven pense en avoir détecté dans son laboratoire. Ils ont créé un circuit avec des nanofils d'antimoniure d'indium couplés à un supraconducteur, exposé à un champ magnétique. Les mesures de conductivité à l'interface nanofils-supraconducteur indiquent la présence de fermions de Majorana. Un champ magnétique variable produit l'effet attendu.
Alexander Brinkman, professeur à Twente et chercheur sur les fermions de Majorana, s'enthousiasme : « Superbe ! Une excellente indication pour la recherche néerlandaise. Le groupe de Delft travaille sur ces nanofils depuis des années ».
Des preuves supplémentaires sont nécessaires, note-t-il, citant les prédictions théoriques de Sankar Das Sarma (Université du Maryland) sur les propriétés des fermions de Majorana dans ces nanofils. « Kouwenhoven en a vérifié une ; il faut confirmer les autres. D'où le 'oui prudent' ».
Cette découverte dépasse la science pure. Microsoft, qui a investi un million d'euros dans la recherche de Kouwenhoven, pourrait trinquer. Les fermions de Majorana sont prometteurs pour les ordinateurs quantiques.
Les bits classiques sont 0 ou 1 ; les qubits peuvent être en superposition, offrant une puissance exponentielle. Mais les qubits sont fragiles, perturbés par l'environnement.
Les fermions de Majorana, utilisés comme qubits, résistent mieux aux perturbations, révolutionnant la mémoire quantique. Si confirmé, Kouwenhoven pourrait viser le Nobel.
Précision : les physiciens n'ont pas 'vu' littéralement les fermions de Majorana (pas de photo microscopique). Ils ont mesuré des effets dus à leur interaction avec le matériau : des quasi-particules. Pour une détection 'réelle', les accélérateurs restent l'option privilégiée.
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