La particule de Majorana observée pour la première fois

En 1937, le physicien Ettore Majorana s’intéresse aux travaux de Dirac qu’il réinterprète en postulant l’existence d’une particule un peu particulière. De type fermion, elle serait aussi son antiparticule. Un double jeu resté longtemps au rang de simple théorie, jusqu’à ce que des physiciens de l’Université de Princeton (USA) réussissent à l’observer.

Se basant sur les travaux d’Alexei Kitaev qui indiquait qu’une particule de Majorana pourrait apparaitre à l’extrémité d’un fil fait d’un superconducteur, l’équipe d’Ali Yazdani a réalisé une expérience de supraconductivité en choisissant comme matériau du fer et du plomb. Ainsi, une chaine d’atomes de fer est déposée à la surface d’un cristal de plomb supraconducteur.  Les chercheurs ont ensuite scruté le bout de ce fil d’un unique atome d’épaisseur grâce à un microscope à effet tunnel.  Bingo ! Ils observent des états liés caractéristiques d’une particule de Majorana.

Comment savoir qu’une particule est aussi sa propre anti-particule ? Deux propriétés l’attestent. Tout d’abord la particule est neutre puisqu’elle cumule sa charge et son opposée. Ensuite, dans la même logique, ses moments dipolaires sont nuls.

C’est la première fois que cette particule est mise en évidence de façon formelle. En 2012, une équipe de l’université de technologie de Delft (Pays-Bas) avait tenté de dénicher la particule de Majorana. Les scientifiques avaient opté pour un alliage indium/antimoine et avaient pu observer la formation de quasi-particules au comportement similaire à celles de Majorana, sans pour autant valider le résultat à 100%.

Par Audrey Loubens, journaliste scientifique