Kasus Majorana yang sulit dipahami: Apa yang disebut ‘Partikel Malaikat’ masih merupakan misteri

Kasus Majorana yang sulit dipahami Apa yang disebut Partikel Malaikat masih merupakan misteri
Keadaan kuantum eksotis yang dikenal sebagai “fermion Majorana kiral” diperkirakan dalam perangkat di mana superkonduktor ditempelkan di atas isolator Hall (QAH) kuantum anomali (panel kiri). Eksperimen yang dilakukan di Penn State dan University of Würzburg di Jerman menunjukkan bahwa strip superkonduktor berukuran milimeter yang digunakan dalam geometri perangkat yang diusulkan menghasilkan arus pendek listrik, mencegah deteksi Majoranas kiral (panel kanan). Kredit: Cui-zu Chang, Penn State

Sebuah laporan tahun 2017 tentang penemuan jenis tertentu dari fermion Majorana — fermion kiral Majorana, yang disebut sebagai “partikel malaikat” – kemungkinan merupakan alarm palsu, menurut penelitian baru. Fermion Majorana adalah partikel enigmatic yang bertindak sebagai antipartikel mereka sendiri dan pertama kali dihipotesiskan ada pada tahun 1937. Mereka sangat menarik bagi fisikawan karena sifat unik mereka dapat memungkinkan mereka untuk digunakan dalam pembangunan komputer kuantum topologis.

Sebuah tim fisikawan di Penn State dan Universitas Wurzburg di Jerman dipimpin oleh Cui-Zu Chang, asisten profesor fisika di Penn State mempelajari lebih dari tiga lusin perangkat yang mirip dengan yang digunakan untuk memproduksi partikel malaikat dalam laporan 2017. Mereka menemukan bahwa fitur yang diklaim sebagai manifestasi partikel malaikat tidak mungkin disebabkan oleh keberadaan partikel malaikat. Sebuah makalah yang menggambarkan penelitian muncul pada 3 Januari 2020 di jurnal Science .

“Ketika fisikawan Italia, Ettore Majorana, meramalkan kemungkinan partikel fundamental baru yang merupakan antipartikelnya sendiri, dia tidak dapat membayangkan implikasi jangka panjang dari ide imajinatifnya,” kata Nitin Samarth, Kepala Departemen Downsbrough dan profesor fisika di Penn. Negara. “Lebih dari 80 tahun setelah prediksi Majorana, fisikawan terus secara aktif mencari tanda tangan dari” fermion Majorana “yang masih sulit dipahami di berbagai sudut alam semesta.”

Dalam satu upaya semacam itu, fisikawan partikel menggunakan observatorium bawah tanah yang berusaha membuktikan apakah partikel seperti hantu yang dikenal sebagai neutrino — partikel subatomik yang jarang berinteraksi dengan materi — mungkin merupakan fermion Majorana. Di depan yang sama sekali berbeda, fisikawan benda terkondensasi berusaha menemukan manifestasi fisika Majorana dalam perangkat solid state yang menggabungkan bahan kuantum eksotis dengan superkonduktor. Dalam perangkat tersebut, elektron berteori untuk berpakaian sendiri sebagai fermion Majorana dengan menjahit bersama kain yang dibangun dari aspek inti mekanika kuantum, fisika relativistik, dan topologi. Versi analog dari fermion Majorana ini telah secara khusus menarik perhatian fisikawan materi terkondensasi karena dapat memberikan jalur untuk membangun “komputer kuantum topologi”

“Langkah pertama yang penting menuju mimpi yang jauh ini untuk menciptakan komputer kuantum topologi adalah untuk menunjukkan bukti eksperimental definitif untuk keberadaan fermion Majorana dalam materi terkondensasi,” kata Chang. “Selama tujuh tahun terakhir, beberapa percobaan telah mengklaim menunjukkan bukti seperti itu, tetapi interpretasi dari eksperimen ini masih diperdebatkan.”

Tim mempelajari perangkat yang dibuat dari bahan kuantum yang dikenal sebagai “isolator Hall anomali kuantum” di mana arus listrik hanya mengalir di tepi. Sebuah studi baru-baru ini meramalkan bahwa ketika arus tepi dalam kontak bersih dengan superkonduktor, propaganda kiral Majorana Fermions dibuat dan konduktansi listrik perangkat harus “setengah dikuantisasi” (nilai e2 / 2h di mana “e” adalah muatan elektron dan “h” adalah konstanta Planck), ketika mengalami medan magnet yang tepat. Tim Penn State-Wurzburg mempelajari lebih dari tiga lusin perangkat dengan beberapa konfigurasi bahan yang berbeda dan menemukan bahwa perangkat dengan kontak superkonduktor yang bersih selalu menunjukkan nilai setengah-kuantisasi terlepas dari kondisi medan magnet.

“Fakta bahwa dua laboratorium – di Penn State dan di Wurzburg – menemukan hasil yang sepenuhnya konsisten dengan menggunakan berbagai konfigurasi perangkat menimbulkan keraguan serius pada validitas geometri eksperimental yang diusulkan secara teoritis dan mempertanyakan klaim 2017 mengamati partikel malaikat,” kata Moses Chan, Profesor Emeritus Fisika Pugh Bahkan di Penn State.

“Saya tetap optimis bahwa kombinasi isolator Hall anomali kuantum dan superkonduktivitas adalah skema yang menarik untuk mewujudkan Majirana kiral,” kata Morteza Kayyalha, rekan penelitian postdoctoral di Penn State yang melakukan pembuatan dan pengukuran perangkat. “Tapi kolega ahli teori kita perlu memikirkan kembali geometri perangkat.”

“Ini adalah ilustrasi yang sangat baik tentang bagaimana sains harus bekerja,” kata Samarth. “Klaim penemuan luar biasa perlu diperiksa dan direproduksi secara hati-hati. Semua postdoc dan siswa kami bekerja sangat keras untuk memastikan mereka melakukan tes yang sangat ketat terhadap klaim masa lalu. Kami juga memastikan bahwa semua data dan metode kami dibagikan. secara transparan dengan masyarakat sehingga hasil kami dapat dievaluasi secara kritis oleh rekan kerja yang tertarik. “

oleh Sam Sholtis, Universitas Negeri Pennsylvania

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *