I fisici del MIT hanno scoperto prove dell’esistenza dei cosiddetti fermioni di Majorana, particelle che si teorizza siano al tempo stesso anche la loro antiparticella, sulla superficie di un metallo comune: l’oro. Questa è la prima volta che si riscontra la presenza di fermioni di Majorana su una superficie che può essere peraltro potenzialmente ingrandita. I risultati, pubblicati negli Atti della National Academy of Sciences, rappresentano un passo importante verso l’isolamento delle particelle come qubit stabili e a prova di errore per il calcolo quantistico.
I fermioni di Majorana sono particelle di materia che sono al tempo stesso la loro antimateria
Nella fisica delle particelle, i fermioni sono una classe di particelle elementari che include elettroni, protoni, neutroni e quark, che costituiscono tutti elementi fondanti della materia così come la conosciamo. Per la maggior parte, queste particelle sono considerate fermioni di Dirac, in onore del fisico inglese Paul Dirac, che per primo ipotizzò che tutte le particelle fondamentali fermioniche dovrebbero avere una controparte, da qualche parte nell’universo, sotto forma di un’antiparticella: essenzialmente, un “gemello” del tutto identico ma con carica opposta.
Nel 1937, il fisico italiano Ettore Majorana ampliò la teoria di Dirac, ipotizzando che tra i fermioni dovessero esserci alcune particelle, chiamate poi fermioni di Majorana, indistinguibili dalle loro antiparticelle. Purtroppo, Majorana scomparve in circostanze misteriose durante un viaggio in traghetto al largo della costa italiana, appena un anno dopo aver annunciato la sua teoria. Da allora gli scienziati hanno cercato la particella di Majorana; fu in seguito suggerito, ma non dimostrato, che il neutrino potesse essere una particella di Majorana, ma d’altra parte i teorici avevano ipotizzato a loro volta che i fermioni potessero esistere anche in corpi solidi, in condizioni particolari.
La scoperta potrebbe essere fondamentale per lo studio del calcolo quantistico
Ora il team guidato dal MIT ha scoperto la presenza di fermioni di Majorana in un sistema materiale progettato e fabbricato da essi stessi, che consiste in nanofili in oro costruiti su un materiale superconduttore, il vanadio, e punteggiati da piccole “isole” ferromagnetiche di solfuro di europio. Quando i ricercatori hanno scannerizzato la superficie vicino a queste “isole”, hanno notato picchi di segnale significativamente vicini all’energia zero sulla superficie dell’oro che, secondo la teoria, dovrebbero essere generati solo da coppie di fermioni di Majorana.
“Queste particelle sono qualcosa di estremamente sfuggente, che sono state a lungo oggetto di studio e rimaste un sogno per molti scienziati. Ora abbiamo la possibilità di osservarle su un materiale molto comune: l’oro“, afferma Jagadeesh Moodera, ricercatore presso il Dipartimento di Fisica del MIT. “Il prossimo passo sarà quella di prendere questi oggetti e trasformarli in qubit, il che costituirebbe un enorme progresso verso il calcolo quantistico pratico“, aggiunge Patrick Lee, professore di fisica al MIT.
