Fermión de Majorana

El término se utiliza a veces en oposición a los fermiones de Dirac, que describen fermiones que no son sus propias antipartículas.

[1]​ No se conocen fermiones elementales que sean su propia antipartícula, pero en física de la materia condensada han sido descubiertos hace mucho los fermiones de Majorana como cuasipartículas o en superconductores (formando una dupla con o sin acoplamiento espín-orbital).

Con la excepción del neutrino, se sabe que todos los fermiones del Modelo Estándar se comportan como fermiones de Dirac a baja energía (después de la ruptura de la simetría electrodébil), y ninguno es fermión Majorana.

lo aniquila (o, de manera equivalente, crea la antipartícula correspondiente).

Los operadores ordinarios de aniquilación y creación fermiónica

Otra convención común para la normalización del operador de fermiones Majorana es: Esta convención tiene la ventaja de que el operador Majorana se ajusta a la identidad.

Usando esta convención, una colección de fermiones Majorana

Todos los fermiones elementales del modelo estándar tienen cargas de calibre, por lo que no pueden tener masas fundamentales de Majorana.

Si existen neutrinos diestros pero no tienen una masa Majorana, los neutrinos se comportarían como tres fermiones Dirac y sus antipartículas con masas que provienen directamente de la interacción de Higgs, como los otros fermiones del Modelo Estándar.

Sin embargo, si los neutrinos son Majorana, entonces violan la conservación del número de leptones e incluso de B - L. La descomposición doble beta sin neutrinos no se ha observado (todavía),[3]​ pero si existe, se puede ver como dos eventos ordinarios de desintegración beta cuyos antineutrinos resultantes se aniquilan inmediatamente entre sí, y solo es posible si los neutrinos son sus propias antipartículas.

En las teorías basadas en la simetría izquierda-derecha, existe una profunda conexión entre estos procesos.

[7]​[8]​[9]​ Tal interacción mínima con los campos electromagnéticos los convierte en candidatos potenciales para la materia oscura fría.

[12]​ Este nombre es más apropiado que el fermión Majorana (aunque la distinción no siempre se hace en la literatura), porque la estadística de estos objetos ya no es fermiónica.

En cambio, los estados ligados a Majorana son un ejemplo de anyones no abelianos: intercambiarlos cambia el estado del sistema de una manera que depende solo del orden en que se realizó el intercambio.

Las estadísticas no abelianas que poseen los estados vinculados a Majorana les permiten ser utilizados como un bloque de construcción para una computadora cuántica topológica.

[13]​ Un vórtice cuántico en ciertos superconductores o superfluidos puede atrapar estados intermedios, por lo que esta es una fuente de estados ligados a Majorana.

[17]​ Una fuente completamente diferente utiliza el efecto Hall cuántico fraccionario como un sustituto del superconductor.

[18]​ En 2008, Fu y Kane proporcionaron un desarrollo innovador al predecir teóricamente que los estados ligados a Majorana pueden aparecer en la interfaz entre los aisladores topológicos y los superconductores.

[19]​[20]​ Pronto siguieron muchas propuestas de un espíritu similar, donde se demostró que los estados ligados a Majorana pueden aparecer incluso sin ningún aislante topológico.

Una búsqueda intensa para proporcionar evidencia experimental de estados ligados a Majorana en superconductores[21]​[22]​ primero produjo algunos resultados positivos en 2012.

[27]​ El estado de enlace con energía cero fue detectado pronto por varios otros grupos en dispositivos híbridos similares,[28]​[29]​[30]​[31]​ y se observó el efecto fraccional de Josephson en el aislador topológico HgTe con contactos superconductores.

Los investigadores del Instituto Niels Bohr informaron de la sutil relación entre esos estados triviales unidos y los estados ligados a Majorana,[36]​ quién puede "mirar" directamente los Estados Unidos Andreev que se fusionan y evolucionan a estados ligados a Majorana, gracias a un sistema híbrido semiconductor-superconductor mucho más limpio.

La detección no fue decisiva debido a posibles explicaciones alternativas.

Esto se hace creando los llamados 'defectos de torsión' en códigos como el código Toric[45]​ que llevan modos Majorana no emparejados.

[47]​ Tal realización de Majoranas les permitiría ser utilizados para almacenar y procesar información cuántica dentro de un cálculo cuántico.