Андрей Ростовцев (afrikanbo) wrote,
Андрей Ростовцев
afrikanbo

В огороде бузина, а в Киеве дядька

Примерно месяц назад группа ученых (один из которых – выпускник Физтеха) из крохотного института нанофизики Кавли в Голландии объявила о сенсационном обнаружении фермионов Майорана. Я бы и не обратил на это внимание, если бы пресса не использовала этот повод, чтобы объявить, что это открытие приблизило разгадку тайны темной материи во вселенной и происхождения жизни вообще.


Конец 20-х – начало 30-х годов прошлого столетия – необычное время. Поль Дирак пишет абстрактное уравнение для частиц со спином ½ (фермионов) из которого следует решение для анти-фермионов. Из элементарных частиц фермионов в то время был известен один только электрон, и никаких «анти-электронов» не было. Известно, что когда П. Дирак опубликовал знаменитое уравнение, то Л. Ландау ёрничал: «Дирак-дурак, Дирак-дурак». Хорошо, что Дирак жил в Копенгагене, а не в Москве, иначе вряд ли он решился опубликовать свою работу . Анти-электрон (позитрон) был экспериментально обнаружен при наблюдении космического излучения только пять лет спустя. Этторе Майорана примерно в это же время пишет альтернативное уравнение для фермионов, из которого никаких особых античастиц не следует, т.е. частица и ее античастица суть одно и то же. Одновременно с этим возникает предположение о существовании нейтральных фермионов (нейтрино), которые, в принципе, могли бы сыграть роль частиц из уравнения Майорана. Но, какую роль играют нейтрино науке даже сегодня неизвестно. В скором времени сам Этторе Майорана исчезает таинственным образом, и тайна его исчезновения так же до сих пор не разгадана.


В природе хорошо известны случаи, когда у частиц нет античастиц, или проще говоря, частица и ее античастица неразличимы, например, квант света. Но, все эти случаи не относятся к фермионам. Существует гипотеза, что у кванта света есть нейтральный партнер, имеющий большую массу и спин ½, с которым связывают существование темной материи во вселенной. Такая частица естественно описывалась бы уравнением Майорана, но она тоже до сих пор не обнаружена. Т.е., кандидатов на уравнение Майорана пока не было обнаружено.


Что же было обнаружено в институте Кавли в Голландии? (кстати, сам Фред Кавли также родился в конце 20-х годов прошлого века.) На границе сверхпроводника и изолятора при определенных условиях возникает коллективное движение пар электронов и положительных «дырок». Последние рассматриваются в кристаллической решетке в качестве анти-электронов (ни о каких позитронах речи здесь нет). Самый простой пример – дырка и два спаренных электрона живут половину времени вместе, в сумме представляя из себя один электрон, а другую половину времени дырка живет самостоятельно. Таким образом, это новообразование - не то дырка, не то электрон. В среднем заряд равен нулю. Это и частицей-то не назовёшь, а тем более античастицей. Возникает состояние, которое формально описывается уравнением Майорана. Взаимодействие такого состояния с налетающими на него электронами имеет специфические свойства, изучением которых и занималась группа ученых из института нанофизики Кавли.


В огороде бузина, а в Киеве дядька. Волновые коллективные явления в условиях взаимодействия со сложной кристаллической структурой могут приводить к образованию таких «квази-частиц», которые в природе никогда не встречаются, например, обсуждавшиеся недавно фотоны и электроны с угловым моментом в сотни единиц. Только к природе темной материи это имеет весьма отдаленное отношение, хотя само по себе весьма любопытно.

Tags: Майорана, наука
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 16 comments