Китайские физики нашли намеки на существование "частицы-античастицы"
Ученые из Китая создали при помощи лазерных лучей объекты, похожие по своим свойствам на так называемые фермионы Майорана - частицы, одновременно являющиеся античастицами, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.
В 1937 году итальянский физик Этторе Майорана предположил, что существует частица, похожая по своим свойствам на электроны, кварки, протоны и другие типы материи, которая одновременно является "нормальной" частицей и своим же собственным антиподом-античастицей. В соответствии с теорией, фермионы Майорана должны самоуничтожаться при столкновениях друг с другом и иметь ненулевую массу.
Физики пытаются обнаружить подобные частицы уже более 80 лет, однако пока успехов в этом деле минимум. Долгое время физики считали, что нейтрино являются фермионами Майорана, однако, пока не будет определена масса этих неуловимых частиц, ученые не могут сказать, так ли это на самом деле. Кроме того, если нейтрино являются подобными частицами, то тогда бета-распад некоторых нестабильных ядер, к примеру, ксенона-136, должен происходить по "безнейтринному" сценарию, чего пока исследователи не зафиксировали.
Как рассказывают Чуанфэн Ли (Chuangfeng Li) из Лаборатории квантовой информации в Пекине (Китай), физики сегодня ищут следы майорановских фермионов и в других процессах в природе, и пытаются доказать возможность их существования в различных рукотворных системах, повторяющих по своим свойствам отдельные части микромира.
К примеру, в 2006 году российско-американский физик Алексей Китаев предположил, что аналоги фермионов Майорана могут существовать внутри особой формы материи, так называемой квантовой спиновой жидкости. Под этим словом ученые понимают набор атомов или ионов, спины электронов которых ведут себя хаотичным образом даже при очень низких температурах, подобно молекулам воды и других жидкостей.
В апреле этого года физики из Национальной лаборатории в Оак-Ридж (США) создали первый экспериментальный аналог такой жидкости, экспериментируя с порошком из хлорида рутения. По словам Ли, его группе удалось реализовать похожий эксперимент, используя не электроны и ионы редкоземельных металлов, а частицы света, фотоны, а также научиться манипулировать этими подобиями фермионов Майорана.
Их система представляет собой набор из нескольких лазеров, испускающих одиночные фотоны, которые поляризуются при помощи двоякопреломляющих кристаллов и полуволновых пластин, особым образом расщепляющих свет. Благодаря им одиночные фотоны взаимодействуют друг с другом так, что их поведение идентично тому, что происходит с электронами в спиновой жидкости Китаева.
Подобные световые квазичастицы, как признают китайские физики, не являются полными аналогами "настоящих" майорановских фермионов, однако они имеют большинство их свойств, которые делают их античастицами для самих себя. Кроме того, они являются крайне интересными для ученых, разрабатывающих квантовые компьютеры и другие вычислительные системы.
Как объясняют исследователи, главным плюсом от создания и работы с подобными "световыми" фермионами Майорана является то, что их поведением можно управлять и за ними гораздо проще наблюдать, чем за процессами в ионах рутения. Это, как надеются Ли и его коллеги, ускорит поиски реальных примеров подобных необычных частиц и поможет другим физикам применить их для разработки квантовых компьютеров, на вычисления в которых не будет влиять внешняя среда.
