„Unmögliches“ Teilchen aufgespürt: Erstmals haben Physiker ein Teilchen nachgewiesen, das gleichzeitig sein eigenes Antiteilchen ist. Das klingt paradox, doch solche Majorana-Fermionen könnten nach gängiger Annahme auch die Basis der Dunklen Materie bilden. Der Nachweis in einem supraleitenden Eisen-Nanodraht eröffnet nun ganz neue Möglichkeiten, diese exotische Teilchenform zu untersuchen, wie die Forscher im Fachmagazin „Science“ berichten.
Normalerweise besteht ein Teilchen entweder aus Materie oder aus Antimaterie. Beides zugleich geht nicht, weil sich beides bei Kontakt gegenseitig auslöscht – so dachte man jedenfalls lange. Doch 1937 postulierte der italienische Physiker Ettore Majorana das Gegenteil: Seinen theoretischen Berechnungen nach könnte es unter bestimmten Bedingungen durchaus Teilchen geben, die Materie und Antimaterie zugleich sind.
Welche Bedingungen dies sind, präzisierte 2001 der Physiker Alexei Kitaev. Demnach könnte ein solches Majorana-Fermion an beiden Enden eines supraleitenden Drahts auftauchen. Diese beiden Teilchen würden sich zwar auslöschen, wenn sie miteinander in Kontakt kommen, sind aber stabil, weil sie räumlich getrennt auftreten. Soweit die Theorie. Der Nachweis dieser Teilchen in der Realität allerdings ließ auf sich warten – bis jetzt.
Eisen-Nanodraht auf Bleibett
Für ihren Nachweis nutzten Stevan Nadj-Perge von der Princeton University und seine Kollegen ein speziell abgepuffertes und gegen Vibrationen isoliertes Rastertunnel-Mikroskop, das über zwei ganze Stockwerke reicht. Um das Majorana-Fermion zu erzeugen, begannen die Forscher mit einem ultrareinen Bleikristall, dessen Atome von Natur aus in regelmäßige Rippen angeordnet sind. Auf eine dieser Rippen lagerten die Physiker einen nur ein Atom breiten und drei Atome dicken Nanodraht aus Eisenatomen ab.
