Perseguir partículas: es un juego al que juegan muchos físicos. A veces, la caza se lleva a cabo dentro de grandes supercolisionadores, donde se necesitan colisiones espectaculares para encontrar partículas ocultas y nueva física. Para los físicos que estudian sólidos, el juego ocurre en un entorno muy diferentey las partículas buscadas no provienen de colisiones furiosas. En cambio, entidades similares a partículas, llamadas cuasipartículas, emergen de interacciones electrónicas complicadas que ocurren en lo profundo de un material. A veces, las cuasipartículas son fáciles de sondear, pero otras son más difíciles de sondear.lugar, acechando fuera de su alcance.
Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad de Illinois, dirigido por el físico Vidya Madhavan, en colaboración con investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología, la Universidad de Maryland, Boston College y ETH Zurich, han utilizado microscopía de alta resoluciónherramientas para observar el funcionamiento interno de un tipo inusual de superconductor, la ditelurida de uranio UTe2. Sus mediciones revelan una fuerte evidencia de que este material puede ser el hogar natural de una cuasipartícula exótica que se ha estado escondiendo de los físicos durante décadas. El estudio se publicaen la edición del 26 de marzo de Naturaleza .
Las partículas en cuestión fueron teorizadas en 1937 por un físico italiano llamado Ettore Majorana, y desde entonces, los físicos han estado tratando de demostrar que pueden existir. Los científicos creen que una clase particular de materiales llamados superconductores quirales no convencionales pueden albergar Majoranas de forma natural.UTe2 puede tener todas las propiedades adecuadas para generar estas cuasipartículas esquivas.
"Conocemos la física de los superconductores convencionales y entendemos cómo pueden conducir electricidad o transportar electrones de un extremo de un cable al otro sin resistencia", dijo Madhavan. "Los superconductores quirales no convencionales son mucho más raros y la física es menorEntenderlos es importante para la física fundamental y tiene aplicaciones potenciales en la computación cuántica ", dijo.
Dentro de un superconductor normal, los electrones se emparejan de una manera que permite las corrientes persistentes sin pérdidas. Esto contrasta con un conductor normal, como un cable de cobre, que se calienta a medida que la corriente pasa a través de él. Parte de la teoría detrásLa superconductividad fue formulada hace décadas por tres científicos de la U de I que ganaron un premio Nobel de física por su trabajo. Para este tipo convencional de superconductividad, los campos magnéticos son el enemigo y rompen los pares, devolviendo el material a la normalidad.el año pasado, los investigadores demostraron que la ditelurida de uranio se comporta de manera diferente.
En 2019, Sheng Ran, Nicholas Butch ambos coautores de este estudio y sus colaboradores anunciaron que UTe2 sigue siendo superconductor en presencia de campos magnéticos de hasta 65 Tesla, que es aproximadamente 10,000 veces más fuerte que un imán de refrigerador.El comportamiento no convencional, combinado con otras mediciones, llevó a los autores de ese artículo a suponer que los electrones se estaban emparejando de una manera inusual que les permitía resistir las rupturas. El emparejamiento es importante porque los superconductores con esta propiedad muy probablemente podrían tener partículas de Majoranaen la superficie. El nuevo estudio de Madhavan y colaboradores refuerza los argumentos a favor de esto.
El equipo usó un microscopio de alta resolución llamado microscopio de barrido de túnel para buscar evidencia del inusual emparejamiento de electrones y las partículas de Majorana. Este microscopio no solo puede trazar la superficie del ditelururo de uranio hasta el nivel de los átomos, sino también sondear lo que essucede con los electrones. El material en sí es plateado con escalones que sobresalen de la superficie. Estas características escalonadas son donde se ve mejor la evidencia de las cuasipartículas de Majorana. Proporcionan un borde limpio que, si las predicciones son correctas, deberían mostrar firmas de una corriente continuaque se mueve en una dirección, incluso sin la aplicación de voltaje. El equipo escaneó los lados opuestos del escalón y vio una señal con un pico. Pero el pico era diferente, según el lado del escalón que se escaneó.
"Mirando a ambos lados del escalón, ves una señal que es una imagen especular entre sí. En un superconductor normal, no puedes encontrar eso", dijo Madhavan. "La mejor explicación para ver las imágenes especulares es queestán midiendo directamente la presencia de partículas de Majorana en movimiento ", dijo Madhavan. El equipo dice que las mediciones indican que las cuasipartículas de Majorana en movimiento libre están circulando juntas en una dirección, dando lugar a señales espejadas o quirales.
Madhavan dice que el siguiente paso es realizar mediciones que confirmen que el material ha roto la simetría de inversión del tiempo. Esto significa que las partículas deberían moverse de manera diferente si la flecha del tiempo estuviera teóricamente invertida. Tal estudio proporcionaría evidencia adicional para lanaturaleza quiral de UTe2.
Si se confirma, el ditelururo de uranio sería el único material, además del superfluido He-3, que se ha demostrado que es un superconductor quiral no convencional. "Este es un gran descubrimiento que nos permitirá comprender este tipo raro de superconductividad, y tal vez, entiempo, incluso podríamos manipular las cuasipartículas de Majorana de una manera útil para la ciencia de la información cuántica ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Facultad de Ingeniería Grainger de la Universidad de Illinois . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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