粒子追逐這是很多物理學家都在玩的遊戲，有時，搜尋工作在大型對撞機內進行，在那裡，需要壯觀的高能碰撞來發現新粒子和新物理學。對於研究固體的物理學家來說，這場遊戲發生在一個非常不同的環境中，而這些受追捧的粒子，並不是來自激烈的碰撞。取而代之的是，類粒子實體，稱為準粒子，從發生在材料深處的複雜電子相互作用中出現。

有時準粒子很容易探測，但其他粒子則更難發現，它們就潛伏在觸手可及的地方。新的測量表明，在非傳統超導體二碲化鈾的表面，存在奇異的馬約拉納粒子。現在，由物理學家Vidya Madhavan領導的伊利諾伊大學一組研究人員與來自國家標準與技術研究所、馬里蘭大學、波士頓學院和蘇黎世理工大學的研究人員合作，使用高解析度顯微鏡工具觀察了一種不尋常型別的超導體-二碲化鈾(UTe2)內部工作原理。

研究測量揭示了強有力的證據，表明這種材料可能是一種奇異準粒子的天然家園，這種粒子幾十年來一直隱藏在物理學家面前，其研究成果發表在《自然》期刊上。早在1937年，義大利物理學家埃託雷·馬約拉納(Ettore Majorana)就對這些粒子進行了理論推導，從那時起，物理學家就一直在試圖證明它們是可以存在的。科學家們認為，一類特殊被稱為手性非傳統超導體的材料可能天然地擁有馬約拉納粒子。

超導體-二碲化鈾可能具有產生這些難以捉摸的準粒子的所有正確性質。科學家現在知道傳統超導體的物理原理，並了解它們如何在沒有電阻的情況下，將電流或電子從導線的一端傳輸到另一端。手性非傳統超導體要罕見得多，其物理知識也不那麼為人所知。了解它們對基礎物理很重要，在量子計算中有潛在的應用。在正常超導體內部，電子以一種方式配對，從而實現讓電毫無損失地流過電網。這與普通導體(如銅線)不同，銅線在電流通過時會升溫。

超導性背後的部分理論是幾十年前由伊利諾伊大學三名科學家提出，他們的研究工作獲得了諾貝爾物理學獎。對於這種傳統的超導性，磁場是敵人，它會破壞兩個對，使材料恢復正常。在過去的一年裡，研究人員表明，二碲化鈾的行為有所不同。此前的研究表明：超導體-二碲化鈾(UTe2)在磁場高達65特斯拉的情況下仍然保持超導，這大約是冰箱磁鐵的1萬倍。這一非常規的行為，結合其測量結果，研究人員推測，電子以一種不尋常的方式配對，使它們能夠抵抗分離。

配對很重要，因為具有這種性質的超導體表面很可能有馬約拉納粒子。研究小組使用了一種名為掃描隧道顯微鏡的高解析度顯微鏡，尋找不尋常的電子配對和馬約拉納粒子的證據。這臺顯微鏡不僅可以繪製出原子級別的鈾碲化物表面圖，還可以探測電子的情況。材料本身是銀色的，臺階從表面突出。這些階梯特徵是馬約拉納類粒子證據最明顯的地方。它們提供了一個乾淨的邊緣，如果預測是正確的，即使沒有施加電壓：

它們也應該顯示出朝一個方向移動的連續電流特徵。研究小組掃描了臺階的兩側，發現了一個帶有峰值的訊號。但峰值是不同的，這取決於掃描的是臺階的哪一邊。看著臺階的兩邊，你會看到一個訊號是彼此的映象，在正常的超導體中，找不到這一點。看到鏡面影象的最好解釋是，研究正在直接測量運動中馬約拉納粒子的存在。測量結果表明，自由運動的馬約拉納準粒子在一個方向上一起迴圈，產生映象訊號或手性訊號。

研究的下一步是進行測量，以確認該材料已經打破了時間反轉對稱性。這意味著如果時間箭頭理論上顛倒了，粒子的運動應該會有所不同，這樣的研究將為超導體-二碲化鈾(UTe2)的手性性質提供額外證據。如果得到證實，二碲化鈾將是除He-3超流體外唯一被證實為手性非常規超導體的材料。這是一個巨大的發現，將使科學家能夠理解這種罕見的超導特性，也許假以時日，甚至可以以一種對量子資訊科學有用的方式操縱馬約拉納準粒子。

參考期刊《自然》