En la naturaleza, las partículas elementales cargadas se manifiestan "de a pares": cada partícula con una cierta carga tiene una antipartícula asociada con carga opuesta. Sin embargo, para partículas neutras (es decir, sin carga), esta propiedad no necesariamente ocurre. En 1937, el genial físico italiano Ettore Majorana , en su investigación sobre los neutrinos (partículas neutras que viajan a velocidades cercanas a la luz), propuso un tipo de partículas que tenían la exótica propiedad de ser su propia antipartícula. A pesar de la elegante derivación teórica de Majorana y de muchos esfuerzos experimentales posteriores, aun no esta claro si los neutrinos son o no "partículas de Majorana". Pero la física tiene a veces sus revanchas.

 
Recientemente se propuso teóricamente que en ciertos materiales superconductores (materiales que no presentan ninguna resistencia eléctrica a temperaturas suficientemente bajas) se podrían producir partículas de Majorana "artificialmente" y ser detectadas en un laboratorio. Dado que no se trata exactamente de las mismas que propuso originalmente Majorana en su trabajo de 1937 (se trata en realidad de excitaciones especiales en un superconductor), en el contexto de la superconductividad se las denomina "modos de Majorana" o "cuasi partículas de Majorana". Además de que estos estudios tienen mucho interés para la física fundamental (ya que sería la primera vez que se observan estas partículas), la posibilidad de generar y controlar a voluntad cuasi-partículas de Majorana en el laboratorio tiene un importante interés: permitirían construir una nueva clase de computadoras mucho más poderosas que las que tenemos hoy en día. Este nuevo esquema de computación se denomina "computación topológica cuántica" y promete revolucionar el mundo de la computación.
A partir del año 2012, importantes grupos de física llevaron a cabo experimentos con cables superconductores 1000 veces más delgados que un cabello humano, y observaron indicios preliminares de estas misteriosas partículas en mediciones de transporte eléctrico. Sin embargo, ninguno de los experimentos se lleva a cabo en las condiciones ideales que los modelos teóricos prevén para la aparición de estas partículas, y entonces las pruebas que existen no son concluyentes. Por lo tanto, la presencia (o no) de dichas partículas necesita ser corroborada.
La publicación en cuestión se trata de una propuesta de diseño experimental (hay muchas diferentes hasta el momento) que permitiría dilucidar y entender mejor los datos recabados. La propuesta explota una característica única de las cuasi partículas de Majorana: 1) siempre aparecen de a pares y se localizan en los extremos del cable superconductor, y 2) justo en el momento en que aparecen, se generan importantes correlaciones entre ellas. En nuestro trabajo proponemos en concreto un experimento de transporte en una configuración del tipo "contacto normal-cable superconductor-contacto normal" (en la jerga, esto se denomina "contacto NSN") para medir dichas correlaciones. En particular, midiendo la conductancia eléctrica a través de uno de los contactos NS (digamos, el de la izquierda, ver figura), calculamos la sensibilidad a alguna perturbación en el otro contacto (el de la derecha). Cualquier cambio en la conductancia eléctrica debido a una perturbación "no local" podría interpretarse como un signo de la presencia de cuasi-partículas de Majorana en el sistema.
Esperamos que esta propuesta, o alguna similar, sea implementada pronto por grupos experimentales y de esa manera contribuir a la comprensión de estos interesantes sistemas.
Tunneling transport in NSN Majorana junctions across the topological quantum phase transition
Alejandro M Lobos1,2 and S Das Sarma2
Published 15 June 2015 • © 2015 IOP Publishing Ltd and Deutsche Physikalische Gesellschaft
New Journal of Physics, Volume 17, June 2015