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¿Por qué los científicos nunca dejan de buscar fermiones de Majorana? ¿Cuál es el punto?

Debido a que la ecuación de Dirac puede resolver el estado de energía negativa de los electrones libres, según el principio de energía mínima, todos los electrones en el mundo material deberían saltar al nivel de energía negativa. Debido a que los electrones son fermiones y cumplen con el principio de exclusión de Pauli, cada estado sólo puede acomodar como máximo un electrón. El estado de vacío físico es en realidad un estado en el que todos los estados de energía negativa están llenos de electrones y los estados de energía positiva no tienen electrones. En este momento, es imposible que cualquier electrón encuentre un estado de menor energía que no esté lleno de electrones, ni salte a un estado de menor energía para liberar energía, es decir, no puede emitir ninguna señal. Esta es la propiedad física de. vacío. El mundo material es como estar sumergido en un mar de electrones de energía negativa, que es el mar de Dirac.

Esto significa que se puede ver un electrón en estado de energía positiva y un agujero en estado de energía negativa. El electrón en este estado de energía positiva lleva una carga -e y su energía es igual o mayor que la energía estática del electrón. Según la ley de conservación de la carga y la ley de conservación de la energía, un agujero en un estado de energía negativa debe ser una partícula con carga +e, y la energía de esta partícula debe ser igual o mayor que la energía estática de un electrón. . El movimiento de esta partícula es un "electrón" cargado positivamente, es decir, un positrón. La ecuación de Dirac predice la existencia de positrones. El mar de Dirac es también una descripción de la existencia de positrones. De hecho, los fermiones de Majorana que descubrimos no son partículas en el sentido tradicional, sino cuasipartículas, pero también son consistentes con las predicciones de Majorana. Las cuasipartículas son un concepto importante en la física de la materia condensada.

Esto puede simplificar enormemente el modelo y facilitar la correcta expresión de los mecanismos físicos de algunos fenómenos físicos concretos. Jia Jinfeng dijo que la relación entre partículas y cuasipartículas es como la relación entre jugadores y equipos: cada jugador del equipo de fútbol puede considerarse como una partícula en el sentido tradicional, y la cooperación entre jugadores puede considerarse como la relación misma. entre partículas. Aunque cada jugador tiene sus propias características, todo el equipo mostrará un estilo unificado. Por ejemplo, se puede decir que la selección española tiene un estilo de pase y posesión, mientras que la selección italiana encarna tácticas de contraataque defensivo. Puede que no conozcamos las características de cada jugador del equipo, ni la cooperación entre los jugadores, pero todo su equipo es tan fácil de identificar como una cuasipartícula.

En los 80 años transcurridos desde que Atomic Compass detectó evidencia clave de fermiones de Majorana, científicos de varios países nunca han dejado de buscar fermiones de Majorana. Los físicos teóricos predicen que los fermiones de Majorana pueden encontrarse en el centro de los vórtices de los superconductores topológicos. Sin embargo, no se han descubierto superconductores topológicos en la naturaleza, entonces, ¿cómo hizo el equipo de Jia Jinfeng hacer "aparecer" los fermiones de Majorana? "La búsqueda de fermiones de Majorana es un proceso de continuos avances e innovaciones. En teoría, la superconductividad topológica se puede lograr colocando materiales superconductores sobre aisladores topológicos. Esto suena fácil, pero en el campo de la ciencia de materiales es un gran problema que Es difícil detectar fermiones de Majorana debido a la cubierta de materiales superconductores."