Kendi Antiparçacığı Gibi Davranan Bir Parçacık Keşfedildi!

1928 yılında Paul Dirac parçacıkların temas halinde birbirlerini yok eden, yükleri hariç olmak üzere kendilerine tıpatıp benzeyen birer antiparçacık eşleri olduğunu öne sürdü. Bu teorinin ortaya atılmasından birkaç yıl sonra ise pozitron keşfedildi ve bu antiparçacıklar popüler kültürde oldukça büyük bir yer edindi. 1937 yılında ise teorik fizikçi Ettore Majorana çok ilginç bir teori sundu: Kendi antiparçacığı kendisi olan bir parçacık! Ettore Majorana'nın teorisinden tam 80 yıl sonra ise kendi antiparçacığı gibi davranan bir parçacık keşfedildi.

Stanford ve Kaliforniya Üniversitesinden araştırmacılar oldukça karmaşık bir deney düzeneği kullanarak kuasiparçacık adı verilen çiftlerin oluşmasını sağladı. Kuasiparçacıklar, süperiletken maddelerde meydana gelen parçacık-benzeri uyarılmalardır. Bu durum bir uyarılmanın vakum ortamında sanal bir parçacığa dönüşüp daha sonra tekrar enerjiye dönüşmesi gibi açıklanabilir.

Bu yapılar tam olarak doğada bulunan parçacıklar gibi olmadıkları için parçacık-benzeri olarak adlandırılmalarına rağmen yine de bu teoriyi destekleyecek niteliklere sahipler ve Majorana fermiyonu olarak kabul ediliyorlar.

Kullanılan deney düzeneği soğutulmuş bir vakum ortamında bulunan bir süperiletken madde ve topolojik yalıtkan olarak adlandırılan, iç kısmında yalıtkan ancak özel yapısı sayesinde yüzeyinde iletken özellik gösterip elektronların hareket etmesine izin veren özel bir maddeden oluşuyor. Bu yalıtkan maddeye manyetik bir madde eklendikten sonra elektronların bir kenarında bir tarafa öbür kenarında ise diğer tarafa hareket ettiği bir düzenek elde edildi. Daha sonra düzeneğin üstünde bir mıknatıs dolaştırıldığında ise elektronlar yavaşlayıp yön değiştirdi.

Deneyin en önemli kısımlarından biri bu yavaşlamanın yumuşak bir şekilde değil, duraksayan adımlarda gerçekleşmesiydi. Bu olayların bir noktasında Majorana kuasiparçacıkları ortaya çıktı ve çift halinde bulunan bu parçacıkların birinin uzaklaştırılması sonucunda araştırmacılar hareketine devam eden parçacığın incelemesini detaylı bir şekilde gerçekleştirebildi. Tıpkı tahmin edildiği gibi bu parçacıklar da elektronlar gibi duraksayarak yavaşladı, durdu ve yön değiştirdi. Bu deneyde asıl istenen şey kuasiparçacıkların duraksamalarının elektronlarda görülenlerin tam yarısı büyüklükte olmasıydı ve olan şey tam da buydu.

Bulunan bu parçacıklar dışında kendi antiparçacığı olabilme özelliği taşıyan bir diğer parçacık da fotonlardır, ancak fotonlar fermiyon sınıfına girmediği için Majorana fermiyonu olarak adlandırılmaları mümkün değildir.

Fermiyon sınıfından bu özelliği gösterme ihtimali sadece elektrik yükü bulunmayan parçacıklarda bulunur. Majorana fermiyonu adaylarından biri de nötronlardı, ancak elektrik yükü olarak nötr olmalarına rağmen yapılarındaki kuarkların anti-kuark çiftleriyle teması halinde yok oldukları gözlendi. Bir diğer aday ise nötrinolar, ancak nötrinoları incelemenin güçlüğü bu parçacıkların birer Majorana fermiyonu olup olmadığını anlamayı güçleştiriyor ve maalesef ki bu yeni çalışma bu konuda herhangi bir katkı sağlamıyor.

Oldukça karmaşık bir deney ortamında yaratılabildikleri için Majorana fermiyonlarının şu an için evrende bulunmadıkları tahmin ediliyor ancak herhangi bir kesinlikten söz etmek mümkün değil, çünkü nötrinoların Majorana fermiyonu olduğu tespit edilirse sadece deney ortamı dışında bulunabildiklerini değil bütün evreni doldurduklarını görmüş olacağız.

Yeni keşfedilen bu parçacıklar tek veya çiftler halinde oluşturulabiliyor. Oluşturulan parçacık çiftlerinde oluşan parçacıklar birbirinin aynısı olduğu için birbirlerini imha etmiyorlar. Çiftler halinde bulunan bu parçacıklar sayesinde kuantum bilgisayarlar oldukça büyük bir ilerleme kaydedebilecek. Her bir Majorana fermiyonu bir atom altı parçacığın yarısını oluşturduğu için her birinde bir kübitlik bilgi taşınabilecek. Dış etkenlerin iki parçacığı aynı anda etkilemesi oldukça zor olacağı için bilginin bir nevi yedeği alınmış olacak. Bu sayede dış etkenlerden oldukça fazla etkilenme eğiliminde olan kuantum bilgisayarların veri kaybetme ihtimali azalacak ve oldukça büyük ilerleme kaydedecekler.

Araştırma ekibinden Shoucheng Zhang keşfettikleri parçacığın ismini "Melek Parçacığı" koymayı düşündüklerini söyledi. Bu isim Melekler ve Şeytanlar isimli, antimaddeyi konu alan oldukça popüler bir kitaptan ilham alınmış. Ancak Zhang'in söylediğine göre Majorana parçacıklarının kuantum dünyasında antiparçacıkların zararlı olabilecek özellikleri; yani "şeytanlar" yok, sadece "melekler" var.