Descubrimiento épico: El fermión de Majorana - Justo en la frontera entre la materia y la antimateria (Video)

Un grupo de científicos del Instituto Kavli de la Universidad Técnica de Deflt (Países Bajos) y de la Fundación para la Investigación Fundamental de la Materia (FOM Foundation) han conseguido detectar por primera vez la existencia de una partícula de Majorana. En la década de 1930, el brillante físico italiano Ettore Majorana dedujo a partir de la teoría cuántica, la posibilidad de la existencia de una partícula muy especial, una partícula que es su propia antipartícula: el fermión de Majorana. Esta partícula se encuentra justo en la frontera entre la materia y la antimateria.

El nanocientífico Leo Kouwenhoven ya había causado gran expectación entre los científicos en febrero de este año por la presentación de los resultados preliminares en un congreso científico. Hoy en día, los científicos han publicado los resultados de esta investigación en la prestigiosa revista científica Science. La investigación fue financiada por la Fundación FOM y por Microsoft.

Computadora cuántica y la materia oscura

Los fermiones de Majorana son muy interesantes - no sólo porque su descubrimiento abre un capítulo nuevo y desconocido de la física fundamental, sino que también puede jugar un papel importante en la cosmología. Una teoría propuesta supone que la misteriosa "materia oscura", que forma la mayor parte del universo, está compuesta de fermiones de Majorana. Además, los científicos ven las partículas como bloques de construcción fundamentales para el  ordenador cuántico. Este equipo es mucho más poderoso que la mejor computadora, pero sólo existe en teoría hasta el momento. Contrariamente a una 'ordinaria' computadora cuántica, un ordenador cuántico basado en fermiones de Majorana es excepcionalmente estable y apenas sensible a las influencias externas.

Nanocables

Este dispositivo está hecho de nanocables de antimoniuro de indio, cubiertos con un contacto de oro y parcialmente cubiertos con un contacto superconductor de niobio. Los fermiones de Majorana aparecieron en los extremos de los nanocables. (Crédito: Delft University of Technology).En la actualidad, no existe ninguna partícula elemental conocida como un fermión de Majorana. Sin embargo, la naturaleza del neutrino todavía no está definitivamente resuelta, se piensa que podría ser tanto un fermión de Majorana, o un fermión de Dirac. Si se trata de un fermión de Majorana, entonces la doble desintegración beta sin neutrinos es posible. Actualmente se están realizando experimentos para buscar este tipo de desintegración en la física de partículas.

Pero ahora, por primera vez, los científicos del grupo de investigación de Leo Kouwenhoven se las arreglaron para crear un dispositivo electrónico a nanoescala en el que un par de fermiones de Majorana 'aparecen' en los dos extremos de un nanocable. Lo hicieron mediante la combinación de un nanocable muy pequeño, hecho por los colegas de la Universidad Tecnológica de Eindhoven, con un material superconductor y un fuerte campo magnético. "Las mediciones de las partículas en los extremos de los nanocables no pueden ser explicadas de otra manera sino a través de la presencia de un par de fermiones de Majorana", dice Leo Kouwenhoven. 

Los aceleradores de partículas

En teoría, es posible detectar un fermión de Majorana con un acelerador de partículas como el del CERN. El actual Gran Colisionador de Hadrones parece ser lo suficientemente sensible para ese propósito, pero, según los físicos, hay otra posibilidad: los fermiones de Majorana también puede aparecer en nanoestructuras diseñadas correctamente.

"Lo que es mágico en la mecánica cuántica es que una partícula de Majorana creada de esta forma (nanoestructuras) es similar a las que se pueden observar en un acelerador de partículas, a pesar de que esto es muy difícil de comprender", explica Kouwenhoven. "En el 2010, dos grupos diferentes de físicos teóricos ofrecieron una solución con el diseño y utilización de nanocables, superconductores y un campo magnético fuerte. Tuvimos la suerte de estar muy familiarizados con esos ingredientes a través de una investigación anterior". Microsoft se acercó a Leo Kouwenhoven para ayudarlos a ejecutar un programa especial de la FOM, en busca de fermiones de Majorana, dando lugar a un resultado exitoso.

Ettore Majorana

El físico italiano Ettore Majorana fue un teórico brillante que mostró una gran comprensión de la física a una edad temprana. Él descubrió una solución hasta el momento desconocida para las ecuaciones de la cual los científicos cuánticos deducen las partículas elementales: el fermión de Majorana. Prácticamente todas las partículas teóricas que están predichas por la teoría cuántica han sido encontradas en las últimas décadas, con pocas excepciones, como la enigmática partícula de Majorana y el bien conocido pero hasta ahora elusivo bosón de Higgs.

Pero Ettore Majorana -como persona- resultó ser tan misterioso como las partículas mismas. En 1938 retiró todo su dinero y desapareció durante un viaje en barco desde Palermo a Nápoles. Ya sea que se hubiera suicidado, o hubiera sido asesinado, o que simplemente vivió en virtud de una identidad diferente, todavía no se sabe. En actualidad no se ha encontrado el menor rastro de Majorana desde 1938. El siguiente es un breve video promocional acerca del descubrimiento, preparado por la Universidad Técnica de Delft.

Fuente: Delft University of Technology