Sottopongo alla vostra attenzione una interessante notizia riportata da gaianews.it in un articolo di Annalisa Arci.
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Grazie alle ricerche di Paul Dirac, dagli anni Venti in poi sappiamo che ad ogni particella elettricamente carica ne corrisponde un’altra di carica opposta. L’ipotesi che Ettore Majorana formulò per la prima volta nel 1937 tende a violare questo assunto o, almeno, a limitarne la portata teorica: quelle che oggi sono indicate come “particelle di Majorana” sono, infatti, i fermioni. I fermioni sono, insieme ai bosoni, i principali costituenti della materia, ciò che dà massa alla materia.
Ma i fermioni hanno una peculiarità: coincidono con la loro antiparticella e questo, secondo Majorana, potrebbe risolvere le equazioni dalle quali in fisica quantistica si deducono tutte le particelle elementari. Provare l’esistenza di queste particelle significa violare il principio secondo cui materia ed antimateria non possono coesistere. Significa “correggere” l’equazione di Dirac. Le conseguenze di questa “violazione” non investono la fisica soltanto.
A causa delle difficoltà nell’ottenere evidenze sperimentali in merito, per lungo tempo i fisici hanno ipotizzato che i neutrini fossero degli exempla di particelle di Majorana. I neutrini non sono altro che fermioni privi di carica elettrica, con massa quasi nulla: è infatti impossibile distinguere un neutrino da un antineutrino. I fisici teorici ritengono si tratti della stessa cosa, e che la differenza sia fenomenica, quindi rintracciabile nel modo diverso in cui il neutrino viene osservato quando è in moto. Se si accetta questa tesi non si può fare altro che escludere i neutrini dal novero dei fermioni. Non è in una differenza fenomenica che si nasconde il mistero delle quasi-particelle.
I primi risultati sono stati ottenuti da un gruppo di ricercatori del Politecnico di Eindhoven e del Politecnico di Delft. Sono state osservate tracce di decadimenti che potrebbero essere ricondotti a fermioni: all’interno di un dispositivo costituito da un nanofilo che mette in contatto un elettrodo superconduttore esotico con un normale elettrodo, misurazioni spettroscopiche hanno rilevato segnali spiegabili solo dalla presenza di queste particelle.
I risultati ottenuti dai tre studiosi di Dartmouth, e pubblicati quest’anno su Physical Review Letters, sfruttano una tecnologia simile. Lorenza Viola descrive il superconduttore topologico come una macchina dalla doppia personalità: la superficie esterna conduce elettricità, come accade con i metalli, mentre all’interno è un superconduttore. Per registrare le proprietà elettroniche del nanofilo, il dispositivo è stato collocato su una lamina di silicio prestampata con circuiti logici. Una volta raffreddato poco sopra lo zero assoluto e indotti alle due estremità, rispettivamente, un campo magnetico e corrente elettrica, si ha una risposta, un picco nel segnale causato dai fermioni. L’evidenza sperimentale (mai osservata prima) del team di Lorenza Viola riguarda la localizzazione, più che la natura delle quasi-particelle: esse occorrono sempre e solo sulla superficie del superconduttore topologico, mai nell’interfaccia del dispositivo. I risultati ottenuti dal gruppo di ricerca spiegano la fiducia di Lorenza Viola nei superconduttori, intesi come gli strumenti più adatti a determinare, in un futuro prossimo, le proprietà fondamentali dei fermioni e, dunque, della materia.
Ma la fiducia e, soprattutto, le aspettative della comunità scientifica non si fermano qui. Come si è accennato, in certo modo i fermioni si trovano al confine tra materia e antimateria. Quando materia antimateria entrano in contatto si annichilano a vicenda. Se il Big Bang avesse dato origine alla stessa quantità di materia e antimateria non esisterebbe nulla; ciò posto, le ragioni di questa antisimmetria sono oscure.
Forse le particelle di Majorana potrebbero gettare nuova luce sulla questione – considerando anche che alcuni astrofisici ritengono che queste particelle misteriose compongano la materia oscura, stimata attorno al 72% circa della massa-energia totale dell’Universo. Non solo: non avendo una controparte nell’antimateria, i fermioni portano in sé una specie di memoria storica dei loro spostamenti, nel senso che registrano la posizione precedente quando sono in moto. Non è difficile comprenderne l’utilità nel conservare, trasportare informazioni e correggere gli errori nei futuri computer quantistici.
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