Natuurkundigen jagen er al jaren op: het majorana-deeltje. En nu, tachtig jaar na Majorana’s voorspelling, hebben onderzoekers het deeltje kunnen maken en lijkt het dus echt te bestaan.
In 1937 voorspelde de Italiaanse natuurkundige Ettore Majorana een nieuw fundamenteel deeltje dat later naar hem werd vernoemd: het majorana-deeltje (of majorana-fermion). Bijzonder hieraan is dat het deeltje ook zijn eigen antideeltje (een deeltje dat hetzelfde weegt, maar de tegengestelde elektrische lading heeft) is.
In 2012 kwamen Leo Kouwenhoven en zijn team al met aanwijzingen voor het bestaan van het majorana-deeltje, maar die metingen bevatten nog te veel ruis. Van definitief bewijs was dus nog geen sprake. In de jaren die volgden, hebben onderzoekers heel hard gewerkt aan het verbeteren van de theorie. En nu, zes jaar later, kan het bestaan van het majorana-fermion eindelijk worden bevestigd. Ontkurk de champagne maar!
Lees ook: KIJK Live! Vincent Mourik over majorana
Antideeltjes
Nog even terug naar de antideeltjes. Voor elk gewoon deeltje is er een antideeltje met een tegengestelde lading. Zo is het antideeltje van een elektron een positron en van een proton is het antideeltje een anti-proton. Maar hoe zit het dan met elektrisch neutrale deeltjes? Is daarbij het antideeltje gelijk aan het gewone deeltje?
Voor neutrale bosonen blijkt dat inderdaad het geval te zijn; het foton is bijvoorbeeld zijn eigen antideeltje. Maar bij fermionen – simpel gezegd, een verzamelnaam voor materiedeeltjes, zoals protonen of elektronen – werkt het anders: een anti-neutron is niet hetzelfde als een neutron. Heb je nu een fermion te pakken waarbij tóch het antideeltje gelijk is aan het gewone deeltje, dan spreek je van een majorana-fermion.
Majorana-deeltje
En dit majorana-fermion of -deeltje lijkt nu eindelijk te zijn bevestigd door onderzoekers van QuTech en Microsoft in Delft (waar Leo Kouwenhoven werkzaam voor is) en de TU Eindhoven.
Ze experimenteerden met chips waarover ultradunne halfgeleiders (nanodraden) lopen – geordend in een raster – die een supergeleidende laag aluminium hebben. Met deze opstelling (te zien in onderstaande afbeelding) voorspelden de onderzoekers dat de nanodraad aan de uiteinden majorana-deeltjes bevat en zijn ze op zoek gegaan naar hun aanwezigheid door de elektrische respons van de draad te meten.
En inderdaad: bij bepaalde elektrische en magnetische velden hebben de wetenschappers de aanwezigheid van majorana-fermionen kunnen meten.
Het raster van de nanodraden.
Toch mag er officieel nog niet van definitief bewijs worden gesproken; dat moet nog volgen uit experimenten waarbij de majorana’s ‘van plek wisselen’ in het nanodradenraster.
Qubits
De reden dat het majorana-deeltje zo’n heilige-graal-status heeft, is de quantumcomputer. Majorana-deeltjes worden namelijk als geschikte kandidaten gezien voor qubits: de bouwstenen van een quantumcomputer. En twee majorana-deeltjes kunnen samen een quantumbit vormen.
Bovendien is het deeltje bestand tegen verstoringen vanuit de omgeving. Dat komt doordat de meeste verstoringen die een qubit in de war kunnen maken op slechts een van beide majorana’s effect zullen hebben. De andere merkt daar niets van. De kans dat een qubit wordt verstoord is dus klein, evenals de kans dat je berekening daardoor in de soep loopt.
Het artikel verschijnt op 5 april in het vakblad Nature.
Bronnen: Nature, TU Delft via EurekAlert!, Jean-Paul Keulen (KIJK 11/2012), Tweakers
Lees meer over:
Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Bestel dan hier ons nieuwste nummer. Abonnee worden? Dat kan hier!