شناسایی ذراتی که پادذره‌های خودشان هستند.
مجله علمی ایلیاد - کشف ویژگی منحصربه‌فردی در چیزی موسوم به «فرمیون ماجورانا» روش جدیدی برای تشخیص موارد اصل از دروغ در اختیار محققان گذاشته است. گفته می‌شود که چنین ذراتی پادذره‌های خود هستند؛ بر طبق این ویژگی، این ذرات به گزینه‌های مناسبی برای «کیوبیت‌ها» در انواع مشخصی از رایانه‌های کوانتومی تبدیل می‌شوند. اما شناسایی و تفکیک آن‌ها از موارد مشابه تا به اینجا کار ساده‌ای نبوده است.
گروهی از محققان به رهبری فیزیکدانانی از دانشگاه پرینستون آمریکا کشف کردند که جفت ذرات ماجورانا جداشده در هر بخش انتهایی اتم‌های آهن باید از چرخش متمایزی برخوردار بوده باشند. لمس هر ذره با میکروسکوپ می‌تواند مشخص کند که آیا آن ذرات اصیل هستند یا خیر؟
ما باید این ذره را با عنوان «ذره‌ی ماجورانا» بنویسیم. بر خلاف سایر فرمیون‌ها در مجموعه زیراتمی مثل لپتون‌ها و کوارک‌ها، این مواد بیگانه از ماهیتی شبه ذره برخوردارند که با ویژگی‌های جمعی الکترون‌ها و تحت شرایط خاص شکل می‌گیرند. اما این امر در پایان تفاوت چندانی ایجاد نمی‌کند. به مانند سایر اشکال ماده و پادماده، حالات صفر ماجورانا «MZM» اگر قرار باشد در هم آمیزند، در توده‌ای از انرژی از بین می‌روند.
از زمانی که فیزیکدان نظری «اتوره ماجورانا» وجود ذرات خنثی را که پادذره نیز هستند در سال ۱۹۳۷ میلادی پیش‌بینی کرد، فعالیت‌ها و مطالعات برای پیدا کردن نمونه‌ای از آن‌ها همچنان ادامه داشته است. الکترون‌ها پادالکترون دارند که «پوزیترون» نامیده می‌شوند و کوارک‌ها نیز پادکوارک دارند، اما تاکنون هیچکس چنین نوع فرمیونی را پیدا نکرده است.
یکی از انواع قوی محاسبات کوانتومی که از مسیرهای پیچیده ذرات خنثی از طریق فضای دو بعدی استفاده می‌کند، می‌تواند بر پایه‌ی این نسخه‌ی شبه‌ذره فرمیون ماجورانا عمل کند. مسئله اینجا است که تولید آن‌ها می‌تواند به MZM واقعی منجر گردد یا نوعی شبه‌ذره که از ویژگی‌های یکسان بی‌بهره است. این عامل اثبات وجود آن‌ها را در گذشته به امری دشوار تبدیل کرده بود؛ اما نشانه‌هایی از شبه‌ذره در طول سالیان نمایان شده است. به تازگی فیزیکدانان از وجود آن اطمینان حاصل کرده‌اند.
چند سال قبل، محققان روشی را برای تولید MZMها در زنجیره‌ای یک‌بعدی از اتم‌های آهن تعبیه شده در سطح کریستالی سربی طراحی کردند و ابررسانای توپولوژیکی تهیه کردند. رفتار نهایی الکترون‌ها در این سیم آهنی تحت میدان مغناطیسی باعث پدیدار شدن شبه‌ذره‌ی فرمیون ماجورانا در هر انتها شد. برای اینکه مطمئن باشیم که شبه ذرات واقعاً مانند جفت فرمیون‌های ماجورانا رفتار می‌کنند، محققان باید یک سری آزمایش‌های کنترلی انجام می‌دادند. اکنون آنان نشان داده‌اند که ویژگی چرخش آن به قدری برای عمل به‌عنوان نشانه‌ای کامل دوام می‌آورد.
محققی به نام «آندره برنویگ» گفت: «یافته‌ها گویای آن است که بر خلاف شبه‌ذرات متعارف، چرخش ماجورانا را نمی‌توان با پس‌زمینه مشاهده کرد. برای بررسی وجود وضعیت ماجورانا به «آزمایش لیتموس» نیاز داریم.» چرخش، ویژگی کوانتومی است که میزان آزادی ذره را توصیف می‌کند؛ قدری مانند این است که آیا ذره مورد نظر می‌تواند بالا و پایین یا جلو و عقب برود یا خیر؟
چرخش ذره می‌تواند مشخص کند که آن ذره به کدام دسته تعلق دارد. محققان از دستگاهی استفاده کردند که اتم‌ها را به میزان زیادی به یکدیگر نزدیک کرد و ماحصل این فعالیت‌ها، ایجاد دریچه‌ای بود. با دستکاری میدان مغناطیسی این میکروسکوپ، دریچه‌ی یاد شده می‌تواند به چرخش ذرات واکنش نشان داده و اطلاعاتی در این‌باره که آن‌ها نوع دیگری از شبه‌ذره هستند یا خیر، فراهم آورد.
محققی به نام «علی یزدانی» بیان کرد: «هدف ما بررسی برخی از ویژگی‌های خاص کوانتومی ذرات ماجورانا بوده است. چنین آزمایش‌هایی نه تنها وجود آن‌ها را در زنجیره‌های ما اثبات می‌کند، بلکه راهکارهای احتمالی استفاده از آن‌ها را نیز به ما نشان می‌دهد. تردیدی نیست که ما در آینده بیشتر درباره‌ی ذره، پادذره و شبه‌ذره خواهیم شنید.
نوشته: مایک مک‌را
ترجمه: منصور نقی‌لو - مجله علمی ایلیاد
ترجمه: منصور نقی‌لو - مجله علمی ایلیاد