마치 무슨 요리 이름 같기도 하지만 실제로는 이탈리아 이론 물리학자 에토레 마요라나 (Ettore Majorana) 의 이름을 딴 마요라나 페르미온 (Majorana Fermion) 이 그 존재를 드러내기 시작했다고 합니다. 이 입자가 처음 제안된 것은 1937 년 마요라나에 의해서였는데 1938 년 이후 그가 갑자기 실종된 이후 75 년이 지나도록 그 존재를 증명하지 못한 미지의 입자였습니다. 사실 이론적으로 예측되고 난 이후 이렇게 오랜 시간 존재가 증명되지 않은 입자는 드문 편인데 힉스 입자보다도 더 오랜 시간 증명이 되지 못한 셈입니다. (참고로 힉스 입자는 1964 년 제안)
델프트 공대 (TU Delft) 의 나노 과학자인 레오 쿠벤호벤 (Leo Kouwenhoven) 은 우주를 구성하는 주요 물질이지만 그 정확한 존재를 알 수 없는 암흑 물질의 후보 가운데 하나로 스스로 자신의 반물질을 겸하는 입자입니다. 물질과 반물질의 경계에 속해있는 이 독특한 입자는 현재까지 실험으로는 실증되지 않았습니다.
이번에 연구자들은 이를 입증하기 위해 나노와이어를 사용했습니다. 이 나노와이어는 아인트호벤 대학 연구팀이 만든 초소형 나노와이어로 여기에 강력한 자기장이 사용되었다고 합니다. 실험 결과 나노와이어 양끝에서 나타난 물질을 마요라나 페르미온 한쌍 외에 다른 것을 생각하긴 힘들다고 보고 있습니다.
현재 대형 강입자 가속기 LHC 에서도 이론적으로는 마요라나 페르미온의 검출이 가능하지만 현재 있는 기기의 감도로는 이를 찾아내기는 힘들다고 생각되고 있습니다. 아무튼 이번 실험 결과는 과학계에서 큰 의미가 있는 것으로 받아들여지고 있습니다.
이 연구가 또 한가지 시사하는 바로는 바로 미래의 양자 컴퓨터에 응용입니다. 마요라나 페르미온으로 구성된 양자 컴퓨터는 보다 안정적으로 정보를 장기간 보전할 수 있을 것으로 기대되고 있습니다.
이 연구는 FOM 재단 (Foundation for Fundamental Research on Matter : FOM Foundation) 및 마이크로소프트로부터 재정 지원을 받았으며 과학 저널 사이언스에 기재되었습니다.
Journal Reference:
- V. Mourik, K. Zuo, S. M. Frolov, S. R. Plissard, E. P. A. M. Bakkers, L. P. Kouwenhoven. Signatures of Majorana Fermions in Hybrid Superconductor-Semiconductor Nanowire Devices. Science, 2012; DOI:10.1126/science.1222360
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