Nederlands Tijdschrift voor Natuurkunde

In deze special mag een stuk over het recente experimentele nanokunststukje van de groep van Leo Kouwenhoven niet ontbreken. Het verhaal over de achtergronden van het werken aan de realisatie van samengestelde Majoranadeeltjes.

In 1927 vond Dirac een formule die twee nieuwe theorieën met elkaar verbond: Einsteins speciale relativiteitstheorie met de quantummechanica. Diracs formule had echter twee oplossingen. Allereerst een oplossing die het bekende elektron beschreef: een negatief elektrisch geladen deeltje met een zekere hoeveelheid positieve energie. Daarnaast was er een precies tegengestelde oplossing, een positief geladen deeltje met een zekere hoeveelheid negatieve energie. In plaats van deze extra oplossing van zijn vergelijking te negeren, stelde Dirac dat er dus een deeltje in de natuur zou moeten bestaan met een positieve elektrische lading en een negatieve energie. Enkele jaren later werd dit deeltje inderdaad gevonden, het positron. Het elektron en het positron vormen een paar van deeltje en antideeltje.

Bijzonder en baanbrekend was het feit dat Paul Dirac zo overtuigd was van het waarheidsgehalte van zijn formule. Als zijn formule een bepaalde oplossing had, dan moest er wel een corresponderend deeltje bestaan in de natuur. Sindsdien zijn er op vergelijkbare wijze heel wat deeltjes voorspeld en gevonden. Zo is de huidige zoektocht naar het higgsdeeltje gebaseerd op een voorspelling van het standaardmodel.

De natuurkundige Ettore Majorana was een tijdgenoot van Dirac. Majorana heeft een mysterieus leven geleid waarover in Italië vele boeken en films gemaakt zijn. Een recent boek over Ettore Majorana is beschreven in de Academische Boekengids [1].

Ergens in de jaren dertig was Majorana aan het spelen met Diracs formule en door een kleine aanpassing vond hij een nieuwe oplossing: een deeltje dat identiek is aan zijn antideeltje. Iets wat gelijk is aan het tegenovergestelde kan eigenlijk alleen maar iets zijn waarvan alle eigenschappen nul zijn. Ook Ettore Majorana had een rotsvast vertrouwen in formules en publiceerde in 1937 de voorspelling van zijn nieuwe deeltje, het Majoranafermion.

Decennia lang kreeg het Majoranadeeltje weinig aandacht maar vanaf de jaren zeventig begon er een actieve zoektocht. Met grote versnellers en detectoren is er gezocht naar neutrino’s die Majorana-eigenschappen zouden hebben. Dit zouden elementaire deeltjes zijn die mogelijkerwijs het raadsel van de donkere materie in het heelal kunnen oplossen. Deze elementaire Majoranadeeltjes zijn tot op heden nog niet gevonden, maar deze belangrijke zoektocht wordt actief voortgezet bij het CERN in Genève.

Auteurs: Vincent Mourik, Kun Zuo, Sergey Frolov, Sébastien Plissard, Erik Bakkers en Leo Kouwenhoven

Lees het volledige artikel in het NTvN van juli 2012.

Referenties
1. www.academischeboekengids.nl/abg/do.php?a=show_visitor_artikel&id=1249.