Donderdag 31 mei 2012 was er een minisymposium in Amsterdam naar aanleiding van de eerste aanwijzingen voor het mogelijke bestaan van Majorana-deeltjes door Delftse wetenschappers. Bestaat het deeltje echt, hoeveel weegt het en hoe snel schiet het deeltje door de ruimte? Wat kan het allemaal en wat kunnen wij er mee doen?

http://en.wikipedia.org/wiki/Origami; een soort van papieren Manifold. Wiskundigen gebruiken ook graag Origami modellen om ingewikkelde berekeningen te kunnen doen.

In de ontvangstzaal van de KNAW was het een gezellige drukte en na een kopje koffie ging het minisymposium van start.
Prof. C. Beenakker vertelde over de historische achtergrond van materie en antimaterie;
1930 – Paul Dirac introduceert het Antideeltje
1932 – Carl Anderson ontdekt het anti elektron (genaamd positron)
1937 – Ettore Majorana voorspelt dat neutrale deeltjes ook hun eigen antideeltje kunnen zijn

Dit jaar stelden wetenschappers dat Neutronen in ieder geval niet de voorspelde Majorana deeltjes kunnen zijn. Tijdens diverse experimenten zagen ze in het verleden al wel dat Neutrino’s* van ‘flavour’ (Engels woord voor smaak, geur of tintje) kunnen veranderden. Die ‘flavour’ is afhankelijk van hun speciale impulsmoment/draairichting. Die draairichting is hoe dan ook altijd linksom. Rechts draaiende neutrino’s (Antineutrino’s) zijn nog niet waargenomen op aarde. Sommige wetenschappers vermoeden nu dat één van die, van smaak veranderende, neutrino’s misschien het door E. Majorana voorspelde deeltje zou kunnen zijn.
*Neutrino’s (linksdraaiend) kunnen veranderen van flavour, maar anti-neutrino’s (rechtsdraaiend) zijn blijkbaar heel zeldzaam want op de Aarde zijn ze nog niet waargenomen. Misschien komen ze wel ergens voor in de uitgestrektheid van het Universum, in zwarte gaten of misschien wel in wormholes.

Recente Delftse waarnemingen en het chip ontwerp
Prof. L. Kouwenhoven vertelde over de recente Delftse waarnemingen en de financiering van het computer project door Microsoft; “Waarom Microsoft? Omdat de computer op Windows software gaat draaien.” Het chipontwerp van de TU-delft voor de Windows-versie werkt op de bekende Windows* software; met nulletjes en eentjes om de informatie op te kunnen slaan (het binaire coderingsschrift). Het geheugen van de computer bestaat uit een heel groot aantal kleine ringetjes die in twee richtingen magnetiseerbaar zijn; open of dicht. Een bepaald aantal ringetjes vormt een ‘Woord’ waarin een deel van de computer opdracht wordt geplaatst; dit deel noemt men het Kerngeheugen. Op schijven in de computer wordt een back-up gemaakt van de informatie; het zogenaamde Hulpgeheugen. Vanuit het Hulpgeheugen kan de informatie weer snel naar het Kerngeheugen worden overgebracht. *(Windows; de firma Microsoft financiert het onderzoek.)

De ontdekking van de Delftse wetenschappers
Delftse wetenschappers sloegen aan het experimenteren met supergeleiders en diverse metalen. Na het afvuren van stroomstootjes (490 microTesla) namen ze een lichte verandering waar op het beschoten metaal; op het doel was een heel klein bobbeltje ontstaan. Door middel van deze bobbeltjes zou men dus informatie op kunnen slaan. Deze micro bobbeltjes worden per twee geproduceerd door middel van Nanodraadjes.

Illustratie; het Chip ontwerp van de Delftse wetenschappers.

Over Majorana’s en donkere materie
Dr. P. Decowski vertelde over het mogelijke bestaan van Majorana deeltjes en het mogelijke verband met de 80% aan vermiste materie in het Universum. Wanneer de deeltjes echt zouden bestaan, dan zou dat een verklaring kunnen geven voor het vermiste deel van de energie/materie in het wiskundige standaard (Big Bang) model.

De grote vraag is natuurlijk of dit Delftse proces wel iets heeft te maken met de voorspelde Majorana deeltjes. De wetenschappers die meewerken aan het project vertellen heel eerlijk dat van echte deeltjes hier geen sprake is; het gaat om een golfje van energie dat informatie door kan geven aan een chipje.
Het energiegolfje plant zich voort door middel van elektronen en veroorzaakt in het metaalplaatje op een supergeleider, een verschuiving van een half elektron – (1/2+) met daarbij een gat van een half elektron – (1/2-). De verschuiving heeft geen toegevoegde massa en plotselinge ‘Annihilatie’ (het opgaan uit zichzelf zonder vrijkomen van straling) van de duo elektron-verschuivingen is ook nog niet waargenomen. Het gaat hier dus om een soort van golfslagje in een elektronen zee.

Zijn het nu echte Majorana’s of niet?
Ettore Majorana beschreef een neutraal deeltje dat meteen zijn eigen antideeltje was. Deeltjes moeten massa hebben. De golfjes van de Delftse wetenschappers hebben geen massa en Annihilatie is ook zeker nog niet waargenomen. Het zijn dus mogelijk Pseudo Majorana’s en aldus stelden de TU- wetenschappers maar voor om het deeltje te vernoemen naar zijn ontdekker Prof. Leo Kouwenhoven; het ‘Leo’ (AbeLyon)pseudo-deeltje. Een applaus is het zeker waard.

Het is natuurlijk nog wel even uitknobbelen hoe het allemaal moet met het snelle opslaan van de informatie op het Kerngeheugen en het Hulpgeheugen. In ieder geval kan dus door middel van Indium Antimonide microdraadjes, verbonden aan een circuit met een goudcontact aan het ene einde en een schijfje supergeleider aan het andere einde, informatie worden opgeslagen volgens het Fractional Quantum Hall Effect. (Voor verdere uitleg van dit effect: even klikken op de onderstreping.)
Het blijft nog even zoeken naar het echte Majorana deeltje dat (volgens Ettore Majorana zelf) op wonderlijke wijze met zijn eigen schaduw anti-kant kan oplossen in het niets om vervolgens weer ergens anders (in een ander deel van het Universum?) op te duiken; een heus ‘Spookdeeltje’ dus!

Manifolds
Maar er is bij dit ‘Spookdeeltje’ al wel berekend dat dit soort raadselachtige verdwijningen eigenlijk alleen maar voor kunnen komen in wiskundige modellen voor Manifolds *(met bijbehorende mSME** coëfficiënten) welke onderhevig zijn aan Lorentz Symmetrie overtredingen; in de doos ‘Bijzondere Gevallen’ dus.

(Toelichting bij de sterretjes)
*Manifolds zijn wiskundige modellen waarbij het rasterwerk van ‘ruimte en tijd’ heel veel keren is dubbelgevouwen (alleen in zwarte gaten?). Het probleem, of liever gezegd, het voordeel is hierbij dat er altijd lagen tussen liggen die als een soort isoleerlaag werken. En aldus heel weinig kans bieden voor belangrijke pro- en antideeltjes om elkaar te ontmoeten en samen stilletjes op te gaan in het niets.
**manifold Standard Model Extension; een Velden-theorie die standaard modellen en algemene relativiteit volgens de Lorentz-symmetrie tegenspreekt.

Abelyon Anyons
Waar de Delftse wetenschappers van de TU aan werken valt dus onder de noemer ‘Abelyon Anyons’ en deze licht geladen quasi-deeltjes zijn geen Bosons of Fermions maar vallen wel binnen het Fractional Quantum Hall Effect zoals beschreven in deze link naar de Wikipedia encyclopedie op het internet.

Ettore Majorana
Ettore Majorana werd geboren in het plaatsje Catania, op Sicilië, Italië in augustus 1906 en was een wiskundig talent. Hij begon in 1923 een ingenieursstudie maar stapte op aandringen van zijn vriend Emilio Sègrè in 1928 over op de fysische richting. Hij werd al jong door Enrico Fermis onder de hoede genomen en maakte deel uit van de ‘Via Panisperna jongens’, genoemd naar de straat waarin het laboratorium van E. Fermis was gehuisvest.

Publicaties
Zijn eerste publicatie (1931) ging over problemen rondom atoom spectroscopie. Hij studeerde af aan de Universiteit van Rome La Sapienza.

In 1932 publiceerde hij een studie over het gedrag van deeltjes in een variant van een ruimtetijd continue. In hetzelfde jaar publiceerde hij een artikel over een theorie met betrekking tot deeltjes met een ‘Arbitrary Intrinsic Momentum’ (een anti-impuls moment dat van binnen uit kan komen onder bepaalde omstandigheden).

Hij stelde als eerste dat in de experimenten van Irene Curie en Frederic Joli een deeltje werkzaam moest zijn dat ongeveer de zelfde massa moest hebben als de Proton. Fermis drong aan op publicatie maar dat stond Majorana tegen; hij weigerde. James Chadwick borduurde voort op het idee en vond inderdaad het bedoelde deeltje; de Neutron. Voor die ontdekking kreeg James een Nobelprijs.

Werk en gezondheid
Op aandringen van Fermis reisde Ettore naar Leipzig in Duitsland en daar ontmoette hij Werner Heisenberg met wie hij bevriend raakte. Hij reisde ook tussentijds naar Kopenhagen waar hij met Niels Bohr samenwerkte. In het jaar dat volgde werkte hij in Duitsland maar in 1933 keerde hij terug naar Rome met een acute maagontsteking. Zijn verblijf in Duitsland had zijn gezondheid danig aangetast en de daarop volgende vier jaar leefde hij bijna als een kluizenaar en kwam hij nauwelijks nog buiten. Een van zijn laatste publicaties ging over zijn idee dat massa een afschermend effect zou kunnen hebben op zwaartekracht golven.

Plotselinge verdwijning
Ettore Majorana verdween op 27 maart 1938; voor, tijdens of na een bootreis van Palermo naar Napels. Op 25 maart had hij in een brief aan Antonio Carrelli geschreven dat hij een beslissing had genomen en dat hij zich verontschuldigde voor het aankomende tumult rondom zijn verdwijning. Zijn geld was ondertussen van zijn bankrekening verdwenen; had hij het zelf opgenomen en overgemaakt op een andere rekening? Volgens diverse collega’s is het mogelijk dat hij naar Argentinië is vertrokken. Er is een man die een verklaring heeft afgelegd dat hij Ettore in Buenos Aires had ontmoet in de eerste jaren na de oorlog van 1940-1945. Mogelijk verdiende hij daar zijn brood als Ingenieur. Een ander toonde een foto die genomen was in 1955 in Argentinië; de man op de foto lijkt inderdaad sprekend op Ettore Majorana.

Wij wensen de wetenschappers in Delft veel succes met hun nieuwe computerproject en kijken vol verwachting uit naar hun snelle computer en bijbehorende nieuwe gadgets.

(Geschreven door N. Quist)