Eniony zrewolucjonizują obliczenia kwantowe? Jeszcze dwa lata temu nie mieliśmy pewności, czy istnieją

Eniony to obiekty całkiem odmienne od fotonów czy elektronów. Ich istnienie potwierdzono dwa lata temu, a już teraz wróży się im świetlaną przyszłość – mogą zrewolucjonizować obliczenia kwantowe.
Jak namierzyć eniony Majorany? /Fot. Pixabay

Jak namierzyć eniony Majorany? /Fot. Pixabay

Wszechświat jest wypełniony bozonami i fermionami. Ale nie tylko. Eniony (zwane także anyonami) to kwazicząstki, które nie należą do żadnej z tych grup i są przydatne choćby do opisu modelu kwantowego efektu Halla. Istnienie enionów potwierdzono doświadczalnie dopiero w 2020 r.

Kwazicząstka nie jest “realną” cząstką, gdyż nie istnieje poza materią. To tak naprawdę tzw. wzbudzenia elementarne (jak drgania w krysztale), które ułatwiają nasze myślenie o zjawiskach zachodzących we Wszechświecie. Właściwości półprzewodnika możemy zrozumieć, gdy przyjmiemy istnienie cząstek identycznych do elektronu, ale o innej masie lub ładunku. Kwazicząstki tak naprawdę nie “istnieją”, a są jedynie opisem zjawisk fizycznych.

Czym są eniony Majorany?

Tryb zerowy Majorany to enionowy “kuzyn” fermionów Majorany, zaproponowany przez Ettorę Majoranę w 1937 r. Fizycy przewidują, że cząstki te wykazują egzotyczne właściwości, takie jak jednoczesne zachowania charakterystyczne dla cząstki i antycząstki, możliwość wzajemnej anihilacji, a także zdolność do ukrywania informacji kwantowej poprzez jej kodowanie nielokalne w przestrzeni. Ta ostatnia właściwość jest szczególnie pożądana przez naukowców zajmujących się obliczeniami kwantowymi.

Czytaj też: Fizyka kwantowa – siedem faktów, które warto znać

Poszukiwania enionów Majorany trwają od 2010 r., ale są bezowocne. W przeciwieństwie do elektronów i fotonów, eniony Majorany powstają wewnątrz materiałów hybrydowych, takich jak nanourządzenia nadprzewodnikowo-półprzewodnikowe. Mimo ich całkiem dobrej znajomości, enionów Majorany wykryć się nie udało – łatwo je pomylić z innymi stanami kwantowymi.

Teraz w Nature pojawiła się praca, która może oznaczać przełom w poszukiwaniach enionów. Po raz pierwszy w historii zastosowano dwie dobrze znane techniki badawcze – spektroskopię obliczeniową i spektroskopię tunelową. Co najdziwniejsze, jedna na pierwszy rzut oka sugeruje istnienie enionów Majorany, a druga wręcz przeciwnie. Jaka zatem jest prawda?

Czytaj też: W LHC odkryto nowe egzotyczne cząstki elementarne

Naukowcy są zdania, że eniony Majorany są po prostu wszędzie. Mogą występować w wielu różnych typach urządzeń i indywidualnie oszukiwać różne strategie pomiarowe. To bardzo “sprytne” kwazicząstki, które wcale nie chcą być wykryte. Na ten moment nie ma szans, by udało się je schwytać, choć nie ma już wątpliwości, czy istnieją.