Observan una Partícula que es Materia y Antimateria a la vez: el Fermión de Majorana

Científicos de la Universidad de Princeton han conseguido observar la buscada partícula exótica que se comporta simultáneamente como materia y antimateria. Se trata de una hazaña de las matemáticas y la ingeniería que podría producir potentes ordenadores basados en la mecánica cuántica.

Utilizando un microscopio de dos pisos de altura, flotando en un laboratorio de ultra-vibración en Princeton, los científicos capturaron una imagen brillante de una partícula conocida como fermión de Majorana encaramada en el extremo de un cable de grosor atómico, justo donde se había previsto después de décadas de estudios y cálculos que se remontan a la década de 1930.

“Esta es la forma más directa de buscar el fermión de Majorana, ya que se espera que surjan en el borde de ciertos materiales,” dijo Ali Yazdani, profesor de Física, que dirigió el equipo de investigación. “Si quieres encontrar esta partícula dentro de un material, tienes que utilizar un microscopio así, que permite ver dónde está realmente.”

La búsqueda del fermión de Majorana se inició en los primeros días de la teoría cuántica, cuando los físicos primero dieron cuenta de que sus ecuaciones daban cuenta implícita de la existencia de contrapartes “antimateria” para partículas conocidas comúnmente como electrones. En 1937, el físico italiano Ettore Majorana predijo que una sola partícula estable podría ser a la vez materia y antimateria. Aunque ya se han observado muchas formas de antimateria, la combinación Majorana se mantenía esquiva.

Además de sus implicaciones para la física fundamental, el hallazgo ofrece a los científicos un avance potencialmente importante en la búsqueda de la computación cuántica. En la computación cuántica, los electrones son inducidos a lo que representan no sólo los unos y ceros de los ordenadores convencionales, sino también un estado cuántico extraño que es a la vez un uno y un cero.

Esta propiedad anómala, llamada superposición cuántica, ofrece grandes oportunidades para la resolución de sistemas previamente incalculables, pero es notoriamente propenso a colapsar en el comportamiento convencional debido a las interacciones con el material cercno.

A pesar de la combinación de cualidades generalmente pensadas para aniquilar a la otra —la materia y la antimateria— el fermión de Majorana es sorprendentemente estable; en lugar de ser destructivas las propiedades en conflicto hacen una partícula neutra de modo que interactúa muy débilmente con su entorno.

Este distanciamiento ha estimulado a los científicos a buscar formas de diseñar el fermión de Majorana en materiales que podrían proporcionar una manera mucho más estable de codificación de la información cuántica, y por lo tanto una nueva base para la computación cuántica.

El equipo dirigido por Yazdani publicó sus resultados en la edición del 2 de octubre de la revista Science.