Авторы статьи из журнала Science считают, что доказательства наличия частиц, называемых «частицами ангела» — фермионов Майораны, оказались ошибочными.
Итальянский физик Этторе Майорана в 1937 году высказал предположение о существовании частицы, которая является одновременно и своей античастицей. Такую частицу назвали майорановским фермионом.
В эпоху Майораны эта частица была интеллектуальным построением: ее наличие проверить было невозможно. Сейчас учёные стремятся найти подтверждение гипотезы. Физики элементарных частиц хотят понять, может ли нейтрино оказаться «частицей ангела», а физики конденсированных состояний надеются обнаружить признаки существования частиц с майорановскими свойствами при помощи твердотельных устройств, которые объединяют экзотические квантовые материалы со сверхпроводниками.
Фермионы важны для физики конденсированных состояний, так как их свойства могут способствовать созданию топологического квантового компьютера. Кубиты такого компьютера были бы защищены от декогеренции среды — потери информации, которая возникает, если квантовая система не полностью изолирована.
В 2017 году сообщили о проведенных экспериментах, обнаруживших следы активности «частиц ангела». Физики из Университета штата Пенсильвания совместно с учеными из Вюрцбургского университета проверили исходные данные, послужившие основой для заявления, и… выяснилиВозможна ошибка в интерпретации результатов экспериментов. Команда провела анализ работы устройств, созданных на основе «квантового аномального холловского изолятора» — материала с током, текущим только по краю. Именно результаты экспериментов с такими устройствами стали основой для доказательств существования фермиона Майораны.
Статья критикует работу 2017 года, которая утверждала, что при контакте граничного тока со сверхпроводником возникают распространяющиеся киральные частицы Майорана. Авторы полагали, что электропроводимость устройства будет «полуквантована» (значение e² / 2h), когда устройство подвергнется точному магнитному полю.
Анализ учёных из Пенсильвании и Вюрцбурга, изучивших более 30 устройств с разными конфигурациями материалов, показал: устройства с чистым сверхпроводящим контактом всегда демонстрируют полуквантованное значение вне зависимости от магнитного поля. Сверхпроводник ведёт себя как электрическое короткое замыкание, а происходящее не указывает на существование майорановского фермиона.
Ученые утверждают, что их работа не исключает теоретической возможности существования частицы. Даже предполагают, что комбинация квантовых аномальных холловских изоляторов и сверхпроводимости может способствовать регистрации следов этого существования — но при других условиях.
Дизайн эксперимента 2017 года подвергся сомнению из-за непротиворечивых результатов двух лабораторий, которые опровергают его выводы.
Авторы утверждают, что их исследование является наглядным примером необходимости тщательной проверки получаемых данных, особенно когда есть желание сделать сенсационное заявление. «Это превосходная демонстрация того, как должна функционировать наука. Потрясающие заявления об открытиях нужно тщательно перепроверить и воспроизвести», — резюмирует профессор Университета штата Пенсильвания Нитин Самарт.