La part¨ªcula que es materia y antimateria a la vez

En 1937, un joven y brillante f¨ªsico italiano llamado Ettore Majorana predijo la existencia de una part¨ªcula aparentemente imposible. No ten¨ªa carga y, por tanto, pod¨ªa comportarse a la vez como si estuviese hecha de materia y antimateria. Hac¨ªa solo unos a?os que Paul Dirac, otro joven y brillante f¨ªsico brit¨¢nico, hab¨ªa explicado la teor¨ªa moderna de la antimateria. Esta ven¨ªa a decir que por cada elemento de materia conocida pod¨ªa haber un reverso con carga opuesta hecha de antimateria. As¨ª, un electr¨®n tendr¨ªa su positr¨®n y un prot¨®n, su antiprot¨®n. Cuando ambos entraban en contacto se desintegraban de forma violenta dejando escapar un estallido de radiaci¨®n. La excepci¨®n era esa ex¨®tica part¨ªcula predicha por Majorana. Desde entonces, nadie ha conseguido observarla en la naturaleza. Su falta de carga har¨ªa que estas part¨ªculas, llamadas fermiones de Majorana, no interactuaran con la materia convencional con lo que ser¨ªan muy dif¨ªciles de detectar. Hoy se piensa que part¨ªculas similares podr¨ªan ser las que componen la esquiva materia oscura, esa sustancia que compone el 23% del universo sin que nadie a¨²n haya conseguido observarla de forma directa. Un a?o despu¨¦s de hacer su propuesta, como si fuese uno de sus fermiones indetectables, Ettore Majorana desapareci¨® sin dejar rastro mientras viajaba en un barco hacia N¨¢poles.

Hoy, un equipo de investigadores de EEUU publica un estudio en el que demuestran haber observado fermiones de Majorana. Tal y como predijo el f¨ªsico, se trata de part¨ªculas que se comportan como si estuviesen hechas de materia y antimateria al mismo tiempo y que ser¨ªan a la vez una part¨ªcula y su propia antipart¨ªcula.

¡°Hemos tomado una imagen directa del fermi¨®n de Majorana"

El hallazgo no se ha hecho en un gran acelerador de part¨ªculas, como en el caso del bos¨®n de Higgs, sino en un experimento controlado con materiales superconductores y observado con un microscopio de efecto t¨²nel, que permite ver un material a nivel at¨®mico. Los investigadores tomaron una fin¨ªsima tira de hierro de un ¨¢tomo de ancho y la enfriaron hasta rozar el cero absoluto (-273 grados). Fue entonces cuando, a cada extremo de la cadena, aparecieron los esquivos fermiones de Majorana.

¡°Hemos tomado una imagen directa del fermi¨®n de Majorana usando el microscopio de efecto t¨²nel en lugar de detectar su existencia de forma indirecta¡±, explica a Materia Ali Yazdani, uno de los investigadores de Princeton autores del hallazgo. Sus resultados se publican hoy en la revista Science. En 2012, otro equipo europeo clam¨® haber observado los mismos fermiones. Pero su detecci¨®n no era del todo directa y las se?ales observadas pod¨ªan deberse a otras causas. Las nuevas pruebas "dan m¨¢s m¨¢s credibilidad" a la creaci¨®n de part¨ªculas de Majorana, se?ala?Lloren? Serra, del Instituto nstituto de F¨ªsica Interdisciplinar y Sistemas Complejos (CSIC-UIB).

Pero, ?son estas part¨ªculas realmente fermiones como los predichos por el desaparecido Majorana? Es una cuesti¨®n que enciende a los f¨ªsicos que trabajan con detectores como el LHC o en grandes sensores para cazar neutrinos. Estos experimentos pueden observar part¨ªculas fundamentales naturales, producidas de forma espont¨¢nea en el universo o de forma provocada haciendo chocar protones a velocidades cercanas a la de la luz. Por el contrario, las part¨ªculas generadas en experimentos como el de Princeton deben su comportamiento a los ¨¢tomos que las rodean, en este caso de hierro y plomo. No son part¨ªculas elementales sino una variante inferior que los f¨ªsicos denominan ¡°cuasipart¨ªculas¡±. La gran pregunta ahora es si las propiedades que se observan en estas cuasipart¨ªculas se dan tambi¨¦n en el mundo de las part¨ªculas elementales.

Por ejemplo se piensa que el neutrino, que apenas interact¨²a con la materia, podr¨ªa ser a la vez part¨ªcula y antipart¨ªcula. Esto explicar¨ªa c¨®mo pudo surgir un universo como el que conocemos, pero nadie, por ahora, lo ha conseguido demostrar. Otras posibles part¨ªculas de Majorana a¨²n no confirmadas y tambi¨¦n esenciales para entender el universo ser¨ªan los neutralinos, que compondr¨ªan la materia oscura, otro de los grandes interrogantes de la f¨ªsica actual.

¡°El hecho de que la naturaleza produzca cuasipart¨ªculas de Majorana resulta cuando menos sugestivo de que las part¨ªculas elementales que pueden serlo, como el neutrino, tambi¨¦n lo ser¨¢n¡±, opina Juan Jos¨¦ G¨®mez-Cadenas. Este f¨ªsico del CSIC dirige un experimento en Canfranc con el que pretende ser el primero en detectar a ese esquivo neutrino que es part¨ªcula y su contrario. ¡°Da la impresi¨®n de que, tambi¨¦n aqu¨ª se cumple la regla que dice que la naturaleza siempre opta por que si una cosa es posible, entonces va y la implementa¡±, resalta.

Yazdani a?ade que ¡°quiz¨¢s la clave del estudio sea que demostrar un concepto de forma experimental y con precisi¨®n en un sistema te puede dar confianza de que quiz¨¢s esa misma idea juegue un papel en otro sistema¡±. Y a?ade ¡°Esta pol¨ªtica de preguntarse ¡®?por qu¨¦ no? es probablemente la que inspir¨® a Majorana y ha sido clave en muchos hallazgos cient¨ªficos¡±.

Despu¨¦s de 76 a?os, el destino del propio Majorana sigue siendo un misterio.