es una ley de la electrodinámica clásica incompatible con la relatividad especial?.

Las leyes del electromagnetismo clásico, que se desarrollaron en el siglo 19 son las mismas leyes que los científicos utilizan hoy en día. Ellas incluyen las cuatro ecuaciones de Maxwell, junto con la ley de Lorentz, la cual describe la fuerza ejercida por los campos eléctricos y magnéticos sobre partículas cargadas. Pero Masud Mansuripur, profesor de Ciencias Ópticas de la Universidad de Arizona en Tucson,está ahora argumentando que la ley de Lorentz de la fuerza es incompatible con la relatividad especial y la conservación del momento, y debería ser abandonada. En un número reciente de la revista Physical Review Letters (ver aquí), el ha sugerido reemplazar la ley de Lorentz, con una expresión más general de la densidad de la fuerza electromagnética, como la desarrollada por Albert Einstein y Laub Jakob en 1908 (ver aquí).

Sin embargo, la audaz afirmación de Mansuripur de una paradoja con la ley de Lorentz ha generado algunas críticas intensas. Un crítico, Daniel Vanzella, un profesor de física en la Universidad de Sao Paulo en Sao Carlos, Brasil, ha presentado un comentario a Physical Review Letters, argumentando que la ley de Lorentz es perfectamente compatible con la relatividad especial , y que Mansuripur ha mal interpretado la mecánica relativista (ver aquí). La única paradoja, Vanzella dice, es la razón por la cual una revista de alto nivel aceptó la publicación del papel.


La base del argumento de Mansuripur es que la ley de Lorentz viola la relatividad especial mediante la producción de diferentes resultados en diferentes marcos de referencia. De acuerdo con la relatividad especial, las leyes de la física, incluyendo el electromagnetismo - deben ser las mismas en todos los marcos de referencia no acelerados.

El describe un escenario en el que un dipolo magnético y una carga eléctrica cercana se encuentran a cierta distancia. Cuando el imán y la carga eléctrica están en reposo, ninguna fuerza neta se intercambia entre los dos. Esto es debido a que las cargas eléctricas estáticas sólo producen campos eléctricos (a los que el imán es indiferente), y los imanes estáticos producen campos magnéticos (a los que la carga eléctrica estática es ajena). Tanto la ley de Lorentz asi como la versión de Einstein-Laub dan el mismo resultado: el imán no experimenta ninguna fuerza ni par(torque) debido a la carga eléctrica.

Sin embargo, la ley de Lorentz da un resultado diferente cuando un observador en reposo ve la carga magnética y eléctrica en un marco de referencia en movimiento. Aquí, el observador ve a la carga eléctrica en movimiento ejerciéndo un torque sobre el imán móvil, haciendo que el imán rote ya que trata de alinearse con el campo magnético producido por esta carga. La presencia de este torque se diferencia de la observación en el marco de referencia estacionario donde no hay par.

Por otro lado, la fórmula de Einstein-Laub, cuando se combina con una fórmula de torque correspondiente, da un valor de cero torque para los observadores en ambos marcos de referencia, cumpliendo con la relatividad especial.


La incompatibilidad de la ley de Lorentz con la relatividad especial no es su único defecto, señala Mansuripur. Otro punto igualmente importante es el problema de larga data de "momento oculto", en el cual el muestra que la ley de Lorentz no conserva el momentum en determinadas situaciones que involucran medios magnéticos. Por el contrario, las ecuaciones de Einstein-Laub muestran una coherencia total con las leyes de conservación. Para Mansuripur, esta evidencia indica que la fórmula de Einstein-Laub debe ser considerada como una mejor manera de entender la electrodinámica clásica.

"Este trabajo proporciona una base firme para todos los cálculos de fuerza, torque, momento lineal y momento angular cada vez que los campos electromagnéticos (microondas, luz, etc) interactúan con los medios materiales", dijo Mansuripur. "El momento electromagnético y el momento angular se convierten en entidades universales bien definidas (es decir, el momento de Abraham(ver aquí y aquí)), la necesidad de" un momento oculto "desaparece, y se satisfacen las leyes de conservación, así como la conformidad con la relatividad especial está garantizada.

Él explica que, durante el siglo pasado, ha habido una proliferación de ecuaciones para la fuerza y el torque en la literatura científica, con los científicos utilizando varias fórmulas diferentes para el impulso electromagnético.

"Mi trabajo fija las ecuaciones fundamentales y permite a los investigadores comparar sus resultados experimentales en contra de una única y bien definida teoría", dijo.


De acuerdo con Mansuripur, la razón subyacente para la diferencia entre la ley de Lorentz y la fórmula de Einstein-Laub consiste en cómo cada ecuación describe matemáticamente la naturaleza cuántica de los campos electromagnéticos y los medios.

Por su parte, la ley de Lorentz representa a los dipolos eléctricos y magnéticos en forma de pares de cargas positivas y negativas o lazos estables de corriente que interactúan con los campos electromagnéticos en términos de cargas y corrientes libres y ligadas. Por el contrario, la fórmula de Einstein-Laub describe los medios materiales como distribuciónes espacio-temporales de la carga, de la polarización , y de la magnetización. Mansuripur explica por qué esta distinción es importante.

"El hecho de que las órbitas de los electrones dentro de los átomos y las moléculas son estables es un fenómeno de la mecánica cuántica", dijo. "Ni las ecuaciones de Maxwell, ni la ley de Lorentz de la fuerza (y tampoco, para el caso, la ecuaciones fuerza/torque de Einstein-Laub) pueden dar cuenta de la estabilidad de la órbita del electrón. El hecho de que los electrones, los protones y los neutrones tienen un momento magnético asociado con el momento angular de spín es también un efecto cuántico relativista que no tiene explicación dentro de la física clásica. Lo que las ecuaciones de Maxwell y la ley de Lorentz (o la ley de Einstein-Laub) hacen es ofrecer fórmulas que describen el comportamiento de los campos y los medios materiales como ellos son, sin tratar de justificar ese comportamiento. La ley de Lorentz, sin embargo, simplifica la física subyacente suponiendo que los dipolos magnéticos y eléctricos pueden ser tratados como distribuciones de ordinarias carga eléctrica y corrientes. Por el contrario, la ecuación de Einstein-Laub y la ecuación de torque que la acompaña tratan la carga libre, la corriente ,los dipolos eléctricos, y los dipolos magnéticos como cuatro componentes distintos de los medios materiales.

"Así, por ejemplo, el hecho de que un dipolo magnético se asocia con algo parecido a un lazo de corriente es un efecto mecánico cuántico. La ley de Lorentz no pasa por alto este hecho, pero ella lleva la semejanza a un lazo de corriente demasiado lejos, tratando al dipolo magnético, como si fuera en realidad un lazo de corriente ordinaria. Por el contrario, la fórmula de Einstein-Laub reconoce que los dipolos magnéticos existen como entidades distintas - lo que los hace distintos es la mecánica cuántica, por supuesto, pero Einstein-Laub no tratan de justificar la existencia de estos dipolos o su naturaleza. Las fórmulas de Einstein-Laub, entonces proveen, una «receta» para el cálculo de la fuerza y el torque de estos dipolos, la cual resulta ser diferente de la "receta" que ofrece la ley de Lorentz ".

Un crítico de las ideas de Mansuripur, Vanzella, piensa que el trabajo es tan defectuoso que no debería haber sido publicado en lo absoluto. En su comentario presentado a la revista, Vanzella señala que la fuerza de Lorentz se puede poner en una forma covariante. En la relatividad especial, una ley covariante no puede dar lugar a descripciones incompatibles de un mismo fenómeno en los diferentes sistemas de referencia inerciales. Él explica que Mansuripur utiliza incorrectamente la mecánica relativista e ignoró un momento oculto que hace a la fórmula de Lorentz el predecir un par o torque en un marco de referencia, pero no en otro.

"Esto está fuera de proporción", dijo Vanzella. "Permítanme comenzar diciendo lo más importante: no hay incompatibilidad entre la fuerza de Lorentz y la relatividad especial. Esto no es una cuestión de opinión: cualquier relativista sabe que esto es imposible para cualquier ley especial-covariante (como es la fuerza de Lorentz). Por construcción, una ley especial-covariante es compatible con la relatividad especial. Esto significa que si conduce a una descripción satisfactoria de un fenómeno en un sistema inercial, entonces ello conduce a descripciones consistentes en cualquier sistema de referencia inercial, no hay paradojas ".

Agregó que las paradojas aparentes aparecen con frecuencia cuando se trata de la relatividad especial, pero estas paradojas son en realidad debido a errores o simplemente desestiman parte del argumento relativista. Él dice que una muy similar "paradoja" a la paradoja de la carga magnética,la denominada paradoja Trouton-Noble, fue presentada y resuelta hace más de 100 años.

paradoja de la carga magnética:la carga eléctrica puntual q y el dípolo magnético puntual a su derecha están separados por la distancia d en el marco de referencia x`y`z`.Un observador en el marco x`y`z`no ve torque pero un observador estacionario en el marco x y z observando al sistema x`y`z`moverse con velocidad constante a lo largo del eje z ve a la carga eléctrica en movimiento ejercer un torque sobre el dípolo en movimiento.Crédito.Mansuripur. ©2012 American Physical Society.

"En este caso particular, utilizando un lazo de corriente en un anillo perfectamente conductor para modelar el momento magnético del imán, uno tiene que utilizar la relatividad especial para mostrar que, aun cuando el anillo está en reposo, el momento total del sistema no es cero (cuando se somete a un campo eléctrico externo) ", explicó." Este momento se ha denominado "oculto" en la literatura y esto ha dado lugar a cierta confusión, pero permítanme subrayar que es un momento real. Mansuripur está errando el punto de que este momento no es un invento ad hoc, sólo para resolver paradojas, su existencia se nos impone (sobre la naturaleza, en realidad), debido solo a los principios de la relatividad especial en mi comentario yo no postulo la existencia de este momento yo sólo utilizo la relatividad especial para calcularlo; ninguna hipótesis adicional a la relatividad especial y la fuerza de Lorentz por lo tanto, cuando Mansuripur rechaza este momento "oculto" el está haciendo exactamente lo que dijo que se necesita para llegar a una paradoja: errar o pasar por alto a parte del argumento relativista. "

A pesar de su fuerte desacuerdo con Mansuripur, hizo hincapié en que su crítica no quiere decir nada en contra de la credibilidad científica de Mansuripur.

"Por favor, tenga en cuenta que no creo que Mansuripur no sabe la solución de la paradoja de la " carga magnética”(o no comprende la solución dada) lo cual es malo ", dijo Vanzella. "La relatividad especial no es ciertamente pericia y por ello confunde a mucha gente, incluso a los físicos."

Asimismo, añadió que él no está necesariamente argumentando de que la ley de Lorentz debe ser la ley correcta de la fuerza, sino simplemente que la relatividad especial no puede ser utilizada para testificar en su contra. La cuestión de cual ley es la correcta es una cuestión experimental. Sin embargo, él es firme en que no hay paradoja en esta situación.

"Ni siquiera la llamaría la idea 'controvertida” de Mansuripur dijo. "¿Usted llamaría "controvertida" a la idea de que la Tierra es plana? Ella esta simplemente y probablemente equivocada(me refiero a la afirmación de que la fuerza de Lorentz es incompatible con la relatividad especial). "

En una respuesta al comentario de Vanzella, también presentado a Physical Review Letters, Mansuripur se ha pegado a su argumento original, explicando que no hay necesidad de introducir el momento oculto, y que la paradoja Trouton-Noble era sutil pero significativamente diferente de la paradoja “carga-magnética”.


A pesar de las ventajas de la fórmula Einstein-Laub, Mansuripur reconoce que no deja de tener sus propios problemas. En 1979, el físico Iver Brevik llevó a cabo una extensa revisión de la fórmula de Einstein-Laub y otros posibles candidatos para un tensor momento-energía del campo electromagnético (ver aquí). En algunos de los experimentos, la fórmula de Einstein-Laub no correspondía con las observaciones reales tan estrechamente como otra fórmula, la ecuación de la fuerza de Helmholtz. Sin embargo, Mansuripur argumenta que, debido a la importancia potencial de esta idea, la evidencia en contra merece un examen más detenido.

"Mis colegas y yo estamos tratando de identificar situaciones en las que la distinción entre la ley de Lorentz y la formulación de Einstein-Laub es inequívoca, a continuación, intentamos llevar a cabo experimentos para determinar qué ley es operativa en este tipo de situaciones", dijo. "Personalmente, no le doy mucha importancia a la evidencia histórica en contra de la formulación de Einstein-Laub tal como fue revisado en el documento de Brevik. Los experimentos fueron todos experimentos electrostáticos, que implicaban el flujo de un fluido dieléctrico en un condensador. Los métodos teóricos utilizados para analizar el problema eran extremadamente confusos, muchas aproximaciones se hicieron, y la fórmula de Einstein-Laub en sí misma nunca fue utilizada directamente, sino que utilizaron un tensor de tensión asociado con la de Einstein-Laub, lo cual he mostrado en otro lugar que es incorrecto.

Mansuripur también planea investigar más a fondo lo que él piensa que ha sido un gran “pasar por alto” en la distinción entre las dos fórmulas(la ley de Lorentz y la fórmula de Einstein Laub )de un término que describe la densidad de fuerza de un campo eléctrico que actúa sobre la densidad de polarización de un medio material. A pesar de que las dos formulaciones dan exactamente la misma fuerza total y torque total sobre un objeto sólido, las diferencias surgen cuando se trata de objetos blandos.

"Si se aplica a objetos blandos, como las células biológicas bajo iluminación intensa o de gotitas de aceite o agua en pinzas ópticas, las dos fórmulas dan diferentes distribuciones de la fuerza y el torque de todo el objeto", dijo. "Esta diferencia en la distribución de la fuerza y el torque entonces se manifestarán en diferentes deformaciones del objeto bajo una iluminación intensa. Nuestro objetivo a corto plazo, por lo tanto, es la búsqueda de las deformaciones de los objetos blandos en experimentos de pinzas ópticas. Un objetivo a largo plazo es la búsqueda de las diferencias observables entre Lorentz y Einstein Laub, en los materiales magnéticos. "




un comentario al trabajo de Mansuripur se puede leer aquí


y una solución a la paradoja de Mansuripur se puede leer aquí






fuente de la información:






http://phys.org/news/2012-05-classical-electrodynamics-law-incompatible-special.html

el misterio de la partícula de Majorana.

¿Puede una sola entidad ser materia y antimateria, al mismo tiempo? Parece que si.

OH, la materia es materia y la antimateria es la antimateria, y nunca las dos se encontrarán. Esa línea tiene un anillo de verdad poética en ella - tal vez más que la original balada acerca del este y el oeste de Rudyard Kipling. Después de todo, si la materia y la antimateria se encuentran, su mutua destrucción está asegurada, ya que se "aniquilan" en un destello de luz.

Lo hacen? Casi tan pronto como la antimateria apareció en el escenario hace 80 años, otra posibilidad fue sugerida: que ciertas partículas, llamadas partículas de Majorana en honor a su proponente, podrían ser materia y antimateria, al mismo tiempo. Demostrar esto sería una gran cosa. Ello nos podría ayudar a precisar la identidad de la materia oscura la cual se cree domina el cosmos, y discriminar entre las candidatas para una mejor teoría , que abarque todo lo concerniente de cómo funciona la materia. Incluso podría explicar el misterio más grande de la materia: ¿por qué existe?.

Sin embargo, hasta ahora las búsquedas de estas entidades intrigantes y ambiguas no han dado resultado. Algunos piensan que pasan a través de nosotros por millones cada segundo, pero escacean las pruebas que lo confirmen. Otros dicen que una identificación positiva vendrá del Gran Colisionador de Hadrones, del CERN cerca de Ginebra, Suiza. El cual hasta el momento, no ha encontrado nada.


Ahora, sin embargo, estos híbridos de materia-antimateria parecen haber sido observados- no en los rayos cósmicos o el detritus de las colisiones de partículas, sino atrapados en las entrañas de un superconductor sólido. ¿Ha sido el misterio de las partículas de Majorana finalmente resuelto?

Ettore Majorana tenía un talento enigmático. La desaparición del físico italiano, en algún lugar en la ruta de Palermo a Nápoles, en la primavera de 1938, todavía enciende un animado debate.Fue suicidio? fue secuestrado? o se escondió como una artimaña para escapar de los ojos del público?

Las partículas que llevan su nombre, no son menos enigmáticas. Tienen su origen en una modificación aparentemente inocua que Majorana hizo a una ecuación derivada por el físico teórico británico Paul Dirac en 1928 (ver aquí) . La ecuación de Dirac une a la mecánica cuántica y la relatividad especial de Einstein para describir cómo se comportan los electrones - y con ellos todas las demás partículas "fermiónicas", los pilares fundamentales de la materia.

La ecuación de Dirac fue una revelación (ver aquí). En primer lugar, demostró que los electrones en un campo magnético actúan en una de dos maneras, que se distinguen por diferentes valores de una propiedad mecánica cuántica llamada spín. Pero estos estados de spín eran sólo dos de cuatro posibles aspectos para el electrón que la ecuación hizo posible. Los otros dos tenían el mismo aspecto, pero tenían algún tipo de energía "negativa".

No estaba inmediatamente claro lo que esto podría significar. Eso cambió en 1932, cuando el físico estadounidense Carl Anderson descubrió un electrón curveando completamente por el camino equivocado a su paso por el campo magnético de su detector de rayos cósmicos. Había encontrado a los positrones: partículas justo como los electrones, pero con la contraria, carga eléctrica positiva. La antimateria había hecho su debut.

De hecho la antimateria se ha convertido en un elemento básico de la ciencia y la ficción, seduciéndo por su hábito de destruirse a sí misma y la materia cada vez que las dos se encuentran. Alberga grandes misterios: exactamente iguales cantidades de materia y antimateria deberían haberse creado en el big bang, por lo que todo debería haber sido aniquilado. ¿Por qué algo de la materia sobrevivió para hacer las estrellas, los planetas y las personas , esta sigue siendo una de las grandes preguntas existenciales de la cosmología.

En la formulación original de Dirac, sólo las partículas cargadas eléctricamente tenían antipartículas. El ajuste de Majorana también produjo antipartículas para las partículas sin carga. Indistinguible incluso por su carga, tal partícula y su antipartícula serían absolutamente idénticas. De hecho, sería una partícula que contiene todas las cualidades de ambas simultáneamente.

La idea suena ligeramente absurda - pero se puede probar. "Si una partícula es su propia antipartícula, entonces, si dos de ellas se juntan se pueden aniquilar", dice el teórico Frank Wilczek, del Massachusetts Institute of Technology. Las partículas de Majorana se comerían ellas mismas.

Eso no es técnicamente sin precedentes. El modelo estándar actual del funcionamiento de la materia predice que absolutamente cada partícula tiene una antipartícula: el fotón sin carga y sin masa, por ejemplo, es su propia antipartícula, y dos fotones se aniquilan entre si las raras ocasiones en que interactúan. Sin embargo, el fotón es un bosón portador de fuerza ,y ver a un fermión componente de la materia comiéndose a el mismo en sí sería algo completamente distinto.

Hasta el momento se nos ha negado el espectáculo. La noticia más caliente es que los neutrinos podrían ser partículas de Majorana encubiertas. Estas elusivas partículas sin carga pasan a través de la Tierra en miles de millones cada segundo sin interactuar con nada. Sabemos de tres tipos y cada uno parece tener un equivalente antineutrino que participa en las reacciones de las partículas de manera muy diferente. Sin embargo, muchas rutas favorecidas para una teoría unificada de todas las fuerzas de la naturaleza sugieren que esto es una ilusión. "Los neutrinos y antineutrinos podrían ser la misma cosa, solo que observados en diferentes estados de movimiento", dice Wilczek.

El problema es que el carácter muy esquivo de los neutrinos hace casi-imposible el afirmarlo de forma concluyente . Ahora, sin embargo, un resultado desde un lugar inesperado podría, por fin habernos dado algo sólido para seguir adelante.


Un superconductor podría parecer un inverosímil material sobre el cual espiar la antimateria. Un positrón sería dificil que sobreviva entre los miles de electrones que pululan por cualquier tipo de conductor. Pero desde los primeros días de la física cuántica ha quedado claro que ciertos materiales tienen su propia versión de los anti-electrones: los huecos.

"El hueco es una ausencia de un electrón en donde un electrón por lo general estaría", dice Marcel Franz, un físico de la Universidad de British Columbia en Vancouver, Canadá. Estos huecos se mueven libremente a través de ciertos conductores, y llevan una carga positiva igual y opuesta a la del electrón. La comprensión de cómo funciona un transistor de silicio es imposible sin la aceptación de que los huecos existen. Cuando un electrón y un hueco se encuentran, se "aniquilan": el electrón salta en el hueco y ningún electrón ni hueco estará alli para seguir conduciendo.

La existencia espectral de huecos sugiere una manera de hacer una partícula de Majorana. Comience con la mitad un electrón y la otra mitad un hueco, combine los dos trozos y tiene un fermión sin carga, el cual tiene cero energía en general. "Este estado sólido de Majorana sería una partícula "nada", dice Leo Kouwenhoven de la Universidad Tecnológica de Delft en los Países Bajos. "Es un gran cero."

Pero espere: un electrón es una partícula elemental que uno no puede separar. Eso es cierto, pero no toma en cuenta las cosas extrañas que suceden en los superconductores. A temperaturas muy bajas, los electrones y los huecos pierden sus identidades individuales y empiezan a comportarse esencialmente como una más grande partícula cuántica que fluye en conjunto a través del material sin resistencia. "Es un poco como una ola mexicana en un estadio", dice Kouwenhoven. "Se puede describir como un montón de personas saltando arriba y sentándose por separado. O se puede describir como una onda."

El crucial truco de comportamiento-Majorana fue elaborado en el 2010. Se trata de inducir superconductividad en un material en el que los electrones tienen muy poco espacio de maniobra, tal como un alambre unidimensional (ver aquí). Entonces es como si la ola mexicana es interrumpida en sus extremos. Las cosas empiezan a desprenderse - y en estos trozos rotos se pueden encontrar pequeños trocitos de electrón y hueco, y cada trocito un Majorana. "Teóricamente, no hay duda de que Majoranas debe aparecer en estos montajes en las condiciones adecuadas", dice Franz.

Kouwenhoven y su equipo podrían ya haberlas atrapado. Cuando permitieron que la superconductividad se "fugara" desde un superconductor a un vecino, restringido a cables semiconductores en la nanoescala , las entidades aparecieron en los extremos de los nanocables con cero energía y carga cero. La aplicación de un campo eléctrico o magnético no las mueve, lo cual es exactamente el comportamiento que se espera de una partícula "nada" híbridas de materia-antimateria (ver aquí). En febrero de este año, David Goldhaber-Gordon y su equipo en la Universidad de Stanford, California, también mostraron pruebas de las partículas de Majorana en un entorno de material sutilmente diferente (ver aquí).

Se necesitan exámenes adicionales para confirmar la naturaleza de los hallazgos, pero las esperanzas son altas. "La observación de Majoranas en dispositivos de estado sólido provee pruebas de que estas partículas pueden existir en la naturaleza", dice Franz, quien no está involucrado con los equipos de experimentación. "Mi conjetura es que las tendremos en el próximo año o dos."

Estas Majoranas manufacturadas son buscadas en su propio derecho, como los bits de trabajo de los potencialmente super-poderoso ordenadores cuánticos . Pero hay un sentir de que ellas todavía no son reales : son como un gato grande enjaulado en un zoológico en vez de estar en libertad rugiéndo en la sabana.

Además de los que siguen al acecho del neutrino con la esperanza de observar un comportamiento similar a las Majorana, los cazadores de partículas del LHC parecen tener la mejor oportunidad para atrapar a la bestia. El LHC está en la búsqueda del bosón de Higgs, el cual completaría el modelo estándar, y también si hay signos de una más grande teoría. La principal candidata es la construcción conocida como supersimetría, que propone que todas las partículas del Modelo Estándar tienen una pesada, sin descubrir "supercompañera". Por cada fermión, hay un super-bosón, y por cada bosón hay un super fermión.


Tome el bosón de Higgs. Es la partícula sin carga que se cree da la masa a las otras. Pero tome dos "Higgsinos", (sus socios super-fermiones), juntos y usted debe conseguir una espectacular demostración de destrucción masiva: se aniquilarían en un montón de otras partículas. Otras partículas supersimétricas también deben actuar como Majoranas. Estas partículas son las principales candidatas para las "partículas masivas de interacción débil, o WIMPs", que podrían constituir la materia oscura, las enigmáticas tres cuartas partes de la masa del universo que no podemos ver. "Si es así, las partículas de Majorana serían las más comunes en el universo", dice Kouwenhoven. La aniquilación constante de estas Majoranas oscuras podría ser responsable de un exceso de positrones cósmicos de alta energía observados por los detectores.

Hasta ahora, el LHC no ha visto ninguna prueba de nada supersimétrico, por no hablar de particulas Majorana. Sin embargo, Wilczek, piensa que podría cambiar en los próximos años, cuando la máquina aumente su poder al máximo. "No estamos allí todavía, pero estamos cerca", dice.


La determinación de si los neutrinos son partículas de Majorana, por su parte, finalmente, podría decirnos por qué existe algo en lugar de nada. Si los neutrinos y antineutrinos son partículas distintas, números iguales de cada una de ellas se habrían producido en el big bang. En las condiciones de alta energía de los inicios del universo, cada una de ellas habría decaido en un número igual de todo tipo de otras partículas y antipartículas. Pero si los neutrinos y antineutrinos son la misma partícula, podrían decaer en partículas o antipartículas a voluntad. No hay garantía de que esas desintegraciones habrían ocurrido a las mismas tasas:las desintegraciones a partículas pueden haber superado ligeramente en número a las desintegraciones en antipartículas. "Se necesita sólo una pequeña diferencia, pero esto podría ser lo que hace que el universo sea tal como lo vemos", dice Silvia Pascoli, un físico de partículas de la Universidad de Durham, Reino Unido.

Demostrar este escenario directamente requeriría un acelerador de partículas que pudiera volver a crear la muy caliente y densa primera fracción de un segundo del cosmos - una máquina 10 millones de veces más potente que el LHC. Teniendo esto en cuenta, tal vez deberíamos estar agradecidos por cualquier visión que nos ofrezca un alambre súper enfriado en un laboratorio con los pies en la tierra. El misterio Majorana continúa, pero estamos un paso más hacia su resolución.


¿Podría los neutrinos ser híbridos de materia-antimateria? Su estado "Majorana" ha sido durante mucho tiempo sospechado. La prueba definitiva, sin embargo, sólo vendría de ver a los neutrinos aniquilandose entre sí. Pero es bastante difícil conseguir que los neutrinos interactúan con detectores, y por lo tanto medir sus propiedades. La obtención de dos neutrinos que interactúen entre si en condiciones terrenales es el problema al cuadrado.

Una solución podría ser la de observar un proceso radiactivo conocido como doble desintegración beta sin neutrinos. La convencional desintegración beta-menos implica la emisión de un antineutrino, pero unos pocos núcleos pueden llevar a cabo dos desintegraciones sucesivas, produciendo dos antineutrinos. Si el neutrino es su propia antipartícula - por lo que el antineutrino es un neutrino con un nombre diferente - entonces estos antineutrinos podrían encontrarse y aniquilarse en la emisión, dando lugar a ningún producto de neutrinos. "Es una manera muy ordinaria para investigar la cuestión de Majorana, pero es lo mejor que la gente ha diseñado ", dice Frank Wilczek, del Massachusetts Institute of Technology.

También es un incómodo trabajo de agotar la paciencia: un decaimiento sin neutrinos se espera que ocurra a un átomo susceptible solo una vez en 10²⁵ años. En el 2001, un grupo de físicos alemanes y rusos sugirieron que habían visto unos pocos casos de este proceso, después de observar los decaimientos del germanio-76 por más de 10 años (ver aquí), pero este resultado sigue siendo discutido .

La Colaboración Majorana ahora apunta a romper el estancamiento. Con la participación de más de 100 físicos de cuatro países, su objetivo es mantener un ojo vigilante en una tonelada o más de germanio, un prototipo de 40 kilogramos, el demostrador de Majorana, se está construyendo en el Laboratorio Nacional Los Álamos en Nuevo México (ver aquí).


No es sólo probar los principios básicos de la materia y la antimateria lo que motiva a los investigadores para perseguir a las partículas de Majorana. "Los estados Majorana se persiguen con vehemencia, ya que permitirían algo que se llama computación cuántica topológica", dice Laurens Molenkamp de la Universidad de Würzburg en Alemania.

Los físicos han soñado durante mucho tiempo en codificar la información en los estados cuánticos de las partículas, por ejemplo, en la dirección de su "spin" mecánico-cuántico. La lógica difusa de la teoría cuántica implica que las partículas pueden existir en varios estados a la vez, lo que significa un mayor beneficio de cálculo para tu bit. Hay un enorme obstáculo, sin embargo: los estados cuánticos son extraordinariamente delicados, derribandose a la menor alteración de su medio ambiente.

No así los bits de Majorana. Una consecuencia de la forma en que se presentan en los superconductores es que siempre vienen en pares que, aunque separados espacialmente, codifican la misma información. Esto ofrece incorporar robustez gracias a la redundancia: si uno de los dos pierde su información, el otro todavía la tiene.

No serviría de mucho si, tan pronto como los dos bits se encuentren, se aniquilan el uno al otro. Pero la belleza de las partículas de Majorana es que no tienen que interactuar para que usted pueda usarlas para la informática. Puede cambiar el estado cuántico de un par de Majorana con sólo moverlas alrededor la una de la otra. Al guiar a estos movimientos sinuosos de una manera pre-determinada, efectivamente se pueden ejecutar toda una serie de pasos de computación: un algoritmo.

Si los avistamientos recientes se confirman, dará empuje a los intentos de aprovechar este tipo de cálculos numéricos "topológicos". "Hace cinco años era pura fantasía", dice el teórico de la Frank Wilczek, en el Instituto de Tecnología de Massachusetts. "Las ideas teóricas han estado muy por delante, pero ahora los experimentos las están capturándo- y eso es muy emocionante".






fuente de la información:





http://www.newscientist.com/article/mg21428641.500-truth-of-the-matter-the-majorana-particle-mystery.html?