Bij een Delfts experiment zouden voor het eerst zogenoemde Majoranafermionen zijn waargenomen.

Gisteren had natuurkundige Leo Kouwenhoven van de TU Delft een mooi nieuwtje voor de bezoekers van een bijeenkomst van de American Physical Society. Aan het einde van zijn praatje vatte hij zijn verhaal samen met de woorden: “Hebben we een Majoranafermion gezien? Ik zou zeggen dat het antwoord op die vraag een voorzichtig ‘ja’ is.” Dat klinkt natuurlijk cool, en een nieuwsbericht van Nature over de aankondiging werd gisteravond onder wetenschapsfanaten dan ook flink gedeeld op Twitter. Maar wat is in godsnaam een Majoranafermion?

Antimaterie

Eerst maar even het tweede deel van het woord: een fermion is, simpel gezegd, een verzamelnaam voor materiedeeltjes, zoals protonen of elektronen. Daarnaast zijn er de zogenoemde bosonen: deeltjes die een kracht overbrengen. Het bekendste voorbeeld is het foton, dat deze taak vervult voor de elektromagnetische kracht.

Vervolgens moeten we het concept antimaterie erbij halen. Dat houdt in dat er voor elk gewoon deeltje een antideeltje is, met een tegengestelde lading. Zo is het antideeltje van het negatief geladen elektron het positief geladen positron. Maar hoe zit het dan met elektrisch neutrale deeltjes? Is daarbij het antideeltje gelijk aan het gewone deeltje? Voor neutrale bosonen blijkt dat inderdaad het geval te zijn; het foton is bijvoorbeeld zijn eigen antideeltje. Maar bij fermionen werkt het anders: een anti-neutron is niet hetzelfde als een neutron.

Heb je nu een fermion te pakken waarbij tóch het antideeltje gelijk is aan het gewone deeltje, dan spreek je van een Majoranafermion. Deze deeltjes zijn vernoemd naar de Italiaanse wetenschapper Ettore Majorana, die in 1937 een artikel publiceerde (PDF) waarin hij het bestaan van neutrale fermionen met een identiek antideeltje aannemelijk maakte.

Quasideeltjes

Zo’n Majoranafermion hebben Kouwenhoven en zijn team dus nu mogelijk uit een experimentele opstelling naar boven weten te toveren. Volgens Nature News gaat het hierbij om nanodraden van indium en antimoon die zijn verbonden met een supergeleider, waarbij het geheel bovendien werd blootgesteld aan een magneetveld. Bepalingen van de elektrische geleiding van de nanodraden vielen vervolgens goed te rijmen met de aanwezigheid van Majoranadeeltjes aan de uiteindes van de nanodraden.

Goed om te bedenken is dat het bij deze Majoranafermionen niet gaat om nog niet eerder waargenomen elementaire deeltjes, maar om zogenoemde quasideeltjes. Dat wil zeggen: de omstandigheden zijn door Kouwenhoven en collega’s zo gemanipuleerd dat (op zich niet-exotische) materie zich – met dank aan de supergeleider – gaat gedragen als Majoranafermionen. ‘Echte’ Majoranafermionen zouden ook kunnen bestaan, bijvoorbeeld in de vorm van supersymmetrische deeltjes. Maar die zullen dan toch eerder in de LHC dan in Delft worden gevonden…

Overigens heeft Kouwenhoven de resultaten van zijn team weliswaar aan een publiek van vakgenoten uit de doeken gedaan, maar is het bijbehorende wetenschappelijke artikel nog niet gepubliceerd. Om die reden wil de natuurkundige op dit moment nog geen pers te woord staan over het onderzoek.

Bronnen: Nature News, Nature Physics

Beeld: H. Ritsch