Científicos descubren "partícula ángel" que es su propia antipartícula
Científicos descubren "partícula ángel" que es su propia antipartícula

Científicos descubren "partícula ángel" que es su propia antipartícula

Bruno I. Scollo

Cada partícula fundamental en el universo tiene una antipartícula, que tiene la misma masa pero la carga opuesta. Si una partícula se encontrara alguna vez con su antipartícula, las dos se aniquilarían entre sí en un destello de energía. Pero durante mucho tiempo se ha teorizado que hay una excepción a la regla, con ciertas partículas que en realidad son sus propias antipartículas. Ahora, científicos de Stanford y la Universidad de California han encontrado la primera evidencia sólida de este tipo de partículas, a las que denominan "partículas de ángel".

La teoría se remonta a 1937, cuando el físico Ettore Majorana destacó una brecha en la familia de partículas de fermiones. Los protones, electrones, neutrones, neutrinos y quarks son todos fermiones, y todos tienen antipartículas correspondientes, pero según los cálculos de Majorana, debería haber partículas que sean sus propias antipartículas.

Como no tienen carga, los neutrones y los neutrinos eran los mejores candidatos para ser estos fermiones de Majorana, pero desde entonces se han descubierto los antineutrones. Sin embargo, todavía hay un gran signo de interrogación sobre los neutrinos, y actualmente se están realizando experimentos para determinar si de hecho son su propia antipartícula. Sin embargo, la dificultad de los experimentos significa que aún falta más de una década para obtener una respuesta.

Mientras tanto, la forma más probable de encontrar fermiones de Majorana es buscando "cuasipartículas". Como sugiere el nombre, estas no son partículas del todo naturales, pero surgen del comportamiento colectivo de los electrones y tienen ciertas propiedades de las partículas. Si eso es difícil de visualizar, la Enciclopedia Británica explica el concepto como burbujas en una bebida: las burbujas también surgen del "comportamiento colectivo" de los químicos en la bebida, y aunque en realidad no son objetos independientes, las burbujas tienen propiedades medibles. como objetos, incluyendo tamaño, forma, etc.

De la misma manera, las cuasipartículas pueden no ocurrir fuera de condiciones muy específicas, pero pueden considerarse fermiones de Majorana si exhiben todas las propiedades correctas. Ahora, los investigadores de Stanford y la UC dicen que han encontrado una firma de "pistola humeante" que apunta a la presencia de estos hipotéticos fermiones.

"Nuestro equipo predijo exactamente dónde encontrar el fermión de Majorana y qué buscar como su firma experimental 'pistola humeante'", dice Shoucheng Zhang, uno de los autores principales del artículo de investigación. "Este descubrimiento concluye una de las búsquedas más intensas en física fundamental, que abarcó exactamente 80 años".

Para hacer que estas peculiares cuasipartículas se muestren, el equipo construyó cuidadosamente su "bebida" muy específica, compuesta de películas delgadas de dos materiales cuánticos apilados uno encima del otro. El resultado final es un aislante topológico superconductor, que permite que los electrones se muevan rápidamente a lo largo de los bordes de la superficie del material pero no por el medio. Agregar una pizca de material magnético a la mezcla hizo que los electrones fluyeran en una dirección a lo largo de un borde y en la dirección opuesta a lo largo del otro.

Luego, los investigadores hicieron pasar un imán sobre el material, lo que provocó que todos los electrones se ralentizaran, se detuvieran y cambiaran de dirección. La inversión ocurrió en un movimiento espasmódico y escalonado que el equipo compara con las escaleras en una escalera. Las cuasipartículas comenzaron a emerger del material en pares, viajando por el mismo camino que los electrones, pero había una diferencia clave: cuando se detenían y giraban, lo hacían en "pasos" exactamente a la mitad de la altura de los electrones. Eso es porque cada uno es esencialmente solo la mitad de una partícula, ya que uno de cada par de cuasipartículas se pierde en el camino. Y ese fenómeno era exactamente la evidencia que el equipo había estado buscando.

Zhang propone que el descubrimiento del equipo se llame "partícula de ángel" en honor a la novela Ángeles y demonios de Dan Brown , que presenta una bomba impulsada por la unión de materia y antimateria. A la larga, Majoranas podría encontrar una aplicación práctica para hacer que las computadoras cuánticas sean más seguras.

Cada partícula fundamental en el universo tiene una antipartícula, que tiene la misma masa pero la carga opuesta. Si una partícula se encontrara alguna vez con su antipartícula, las dos se aniquilarían entre sí en un destello de energía. Pero durante mucho tiempo se ha teorizado que hay una excepción a la regla, con ciertas partículas que en realidad son sus propias antipartículas. Ahora, científicos de Stanford y la Universidad de California han encontrado la primera evidencia sólida de este tipo de partículas, a las que denominan "partículas de ángel".

La teoría se remonta a 1937, cuando el físico Ettore Majorana destacó una brecha en la familia de partículas de fermiones. Los protones, electrones, neutrones, neutrinos y quarks son todos fermiones, y todos tienen antipartículas correspondientes, pero según los cálculos de Majorana, debería haber partículas que sean sus propias antipartículas.

Como no tienen carga, los neutrones y los neutrinos eran los mejores candidatos para ser estos fermiones de Majorana, pero desde entonces se han descubierto los antineutrones. Sin embargo, todavía hay un gran signo de interrogación sobre los neutrinos, y actualmente se están realizando experimentos para determinar si de hecho son su propia antipartícula. Sin embargo, la dificultad de los experimentos significa que aún falta más de una década para obtener una respuesta.

Mientras tanto, la forma más probable de encontrar fermiones de Majorana es buscando "cuasipartículas". Como sugiere el nombre, estas no son partículas del todo naturales, pero surgen del comportamiento colectivo de los electrones y tienen ciertas propiedades de las partículas. Si eso es difícil de visualizar, la Enciclopedia Británica explica el concepto como burbujas en una bebida: las burbujas también surgen del "comportamiento colectivo" de los químicos en la bebida, y aunque en realidad no son objetos independientes, las burbujas tienen propiedades medibles. como objetos, incluyendo tamaño, forma, etc.

De la misma manera, las cuasipartículas pueden no ocurrir fuera de condiciones muy específicas, pero pueden considerarse fermiones de Majorana si exhiben todas las propiedades correctas. Ahora, los investigadores de Stanford y la UC dicen que han encontrado una firma de "pistola humeante" que apunta a la presencia de estos hipotéticos fermiones.

"Nuestro equipo predijo exactamente dónde encontrar el fermión de Majorana y qué buscar como su firma experimental 'pistola humeante'", dice Shoucheng Zhang, uno de los autores principales del artículo de investigación. "Este descubrimiento concluye una de las búsquedas más intensas en física fundamental, que abarcó exactamente 80 años".

Para hacer que estas peculiares cuasipartículas se muestren, el equipo construyó cuidadosamente su "bebida" muy específica, compuesta de películas delgadas de dos materiales cuánticos apilados uno encima del otro. El resultado final es un aislante topológico superconductor, que permite que los electrones se muevan rápidamente a lo largo de los bordes de la superficie del material pero no por el medio. Agregar una pizca de material magnético a la mezcla hizo que los electrones fluyeran en una dirección a lo largo de un borde y en la dirección opuesta a lo largo del otro.

Luego, los investigadores hicieron pasar un imán sobre el material, lo que provocó que todos los electrones se ralentizaran, se detuvieran y cambiaran de dirección. La inversión ocurrió en un movimiento espasmódico y escalonado que el equipo compara con las escaleras en una escalera. Las cuasipartículas comenzaron a emerger del material en pares, viajando por el mismo camino que los electrones, pero había una diferencia clave: cuando se detenían y giraban, lo hacían en "pasos" exactamente a la mitad de la altura de los electrones. Eso es porque cada uno es esencialmente solo la mitad de una partícula, ya que uno de cada par de cuasipartículas se pierde en el camino. Y ese fenómeno era exactamente la evidencia que el equipo había estado buscando.

Zhang propone que el descubrimiento del equipo se llame "partícula de ángel" en honor a la novela Ángeles y demonios de Dan Brown , que presenta una bomba impulsada por la unión de materia y antimateria. A la larga, Majoranas podría encontrar una aplicación práctica para hacer que las computadoras cuánticas sean más seguras.

Fuentes: 

https://newatlas.com/angel-particle-own-antiparticle/50579/ 

http://news.stanford.edu/2017/07/20/evidence-particle-antiparticle/