Majorana-partikkelen er en partikkel definert av at den er sin egen antipartikkel

Majorana-partikkelen har blitt predikert å eksistere i bestemte typer materialer, blant annet lagdelte strukturer bestående av superledere og topologiske isolatorer eller halvledere. Flere eksperimenter har rapportert målinger som er i tråd med de teoretiske prediksjonene.

Majorana-partikkelen ble først diskutert fra et teoretisk ståsted av den italienske fysikeren Ettore Majorana i 1937. Han la merke til at en elektrisk nøytral partikkel med en verdi 1/2 for spinn kvantetallet ville være identisk med sin egen antipartikkel. Matematisk sett kommer dette av at likningen som beskriver en slik partikkel er rent reell, i motsetning til den komplekse Dirac-likningen som beskriver en spinn 1/2 partikkel med endelig elektrisk ladning. Partikler beskrives gjennom bølgefunksjoner i kvantemekanikk på grunn av partikkel-bølge-dualiteten. Når bølgefunksjonen til en partikkel og antipartikkel er relaterte via den matematiske operasjonen kompleks konjugering, følger det at en rent reell bølgefunksjon vil være identisk med bølgefunksjonen for sin antipartikkel.

Majorana-partikkelen tilhører klassen fermioner som i sin tur kan klassifiseres som:

  • Dirac-fermioner, som ikke er sine egne antipartikler.
  • Majorana-fermioner, som er sine egne antipartikler.

En Majorana-partikkel må være elektrisk nøytral siden partikler og antipartikler har motsatt ladning i følge den etablerte Standardmodellen i partikkelfysikk. Matematisk sett kan forskjellen mellom et Majorana-fermion og Dirac-fermion uttrykkes via kreasjons- og annihilasjons-operatorer. En kreasjons-operator cn representerer matematiskskapelsen av et fermion i en kvantetilstand n. En annihilasjons-operator cn representerer matematisk ødeleggelsen av et fermion i en kvantetilstand n. For et Majorana-fermion er ccn, mens for et Dirac-fermion er cn og cn forskjellige.

Siden 2008 har muligheten for å finne Majorana-partikler i faste stoffer tiltrukket seg mye oppmerksomhet innenfor forskning. En teoretisk prediksjon om at Majorana-partikler kan opptre i grenseskiktet mellom superledere og topologiske isolatorer ble presentert det året av Liang Fu og Charles Kane. Innenfor eksperimentell aktivitet har det også vært et stort fokus på å observere Majorana-partikler i halvlederstrukturer. Teoretiske fysikere predikerte i 2010 at Majorana partikler under spesielle omstendigheter vil eksistere i slike halvleder strukturer dersom de ble plassert i kontakt med superledere. Et ytterligere faststoff system hvor Majorana-partikler har blitt predikert å eksistere, er i superledende vortekser.

Innenfor elementærpartikkel-fysikk er det fremdeles ikke etablert om nøytrinoet er at Majorana- eller Dirac-fermion. For å avgjøre dette spørsmålet skjer det for tiden eksperimenter laget for å måle dobbel beta-henfall uten nøytrinoer. Denne prosessen er kun mulig dersom nøytrinoet er et Majorana-fermion. 

Det har blitt foreslått teoretisk at Majorana-partikler som bindes til superledende vortekser kan ha mulige anvendelser innenfor kvanteberegninger og kvantedatamaskiner. Slike tilstander kalles for en Majorana-bunden tilstand og deres potensielle nytte innenfor kvanteberegninger og kvantedatamaskiner kommer av et flertall av slike tilstander tilfredsstiller en ikke-Abelsk statistikk. I praksis betyr en slik statistikk at dersom man bytter plass på flere Majorana-bundne tilstander, så vil den nye totale systemtilstanden være avhengig av i hvilken rekkefølge man bytter plass på dem.

Teoretisk prediksjon

Eksperimentelle målinger

Foreslå endringer i tekst

Foreslå bilder til artikkelen

Kommentarer

Har du spørsmål om eller kommentarer til artikkelen?

Kommentaren din vil bli publisert under artikkelen, og fagansvarlig eller redaktør vil svare når de har mulighet.

Du må være logget inn for å kommentere.