La particella (fermione) di Majorana e la superconduttività

La particella (fermione) di
Majorana e la superconduttività
(brevi considerazioni teoriche e sperimentali)
Francesco Di Noto, Michele Nardelli, Pierfrancesco Roggero
Abstract
In this paper we show some connections between Maiorana particle,
superconductivity and string theory.
Riassunto
In questo lavoro ritorniamo sul fenomeno superconduttività, in
seguito alla scoperta della particella di Majorana(un fermione,
antiparticella di se stessa), che potrebbe aprire ad una interessante
soluzione tecnologica, sia per la trasmissione dell’elettricità senza la
dispersione attuale, sia per i futuri computer quantistici. Una
possibile connessione con la teoria delle stringhe tramite l’effetto
entanglement, una loro possibile conseguenza, sebbene finora solo
teorica.
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1
In due lavori precedente, (Rif. 1 e 2) abbiamo parlato della
superconduttività, connessa alla AdS/CFT e all’effetto
entanglement, possibili conseguenze della teoria delle stringhe.
Ritorniamo sull’argomento in seguito alla recente scoperta
della particella di Majorana (fermione), antiparticella di se
stessa, che promette sviluppi tecnologici sia nel campo della
trasmissioni di energia elettrica senza dispersioni lungo la
strada (circa il 30%, quindi con notevoli risparmi energetici),
sia nel campo dei computer quantistici, che hanno come
potenziali concorrenti soltanto i computer a DNA,
presumibilmente meno costosi ma anche più efficienti (Rif. 3).
In questo lavoro però ci dedicheremo principalmente
all’aspetto teorico del fenomeno, tramite le sue possibili ed
eventuali connessioni tra la teorie delle stringhe e due sue
conseguenze (effetto entanglement e AdS/CFT) .
Anzitutto riportiamo la notizia della scoperta della particella
di Majorana (parzialmente, da Wikipedia)
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Fermione di Majorana
In fisica delle particelle un fermione di Majorana o particella di Majorana, così detta in onore
del fisico italiano Ettore Majorana che l'ha teorizzata, è una particella che è anche la propria
antiparticella.
...
(Nuove evidenze sperimentali confermano l'esistenza del Fermione di Majorana - rif.
http://www.sciencemag.org/content/early/2014/10/01/science.1259327
...
Rilevamento del fermione[modifica | modifica wikitesto]
Nel 2014, il fermione di Majorana è stato osservato per la prima volta dagli scienziati
dell'Università di Princeton. Per rilevare la quasiparticella, è stato impiegata una tecnica di
spettroscopia ad alta risoluzione. Il fermione di Majorana è comparso all'interno di un
superconduttore di piombo con una lunga catena di atomi di ferro. L'immagine del fermione è stata
catturata all'estremità del filo di metallo, come era stato previsto negli anni 30. I risultati
dell'osservazione sono stati pubblicati il 2 Ottobre 2014 su Science
Il piombo è uno degli elementi più stabili, chimicamente vicino
agli elementi superconduttori, come vedremo in seguito. Ma il
riferimento alla superconduttività lo prendiamo dalla notizia
su LE SCIENZE di dicembre, pag. 28, articolo “sempre più
vicini al fermione di Majorana:
“... Il gruppo diretto da Yadzani ha progettato un apparato
sperimentale costituito da un cristallo ultrapuro di piombo,
conosciuto per le sue proprietà di superconduzione (nei metalli
superconduttori gli elettroni di conduzione fluiscono senza
incontrare alcuna resistenza...
Una scoperta che apre la strada a importanti sviluppi nella
codifica delle informazioni nei computer quantistici.”
3
Vediamo ora l’aspetto teorico con la teoria delle stringhe,
tramite l ‘ AdS/CFT, parzialmente da Wikipedia:
La corrispondenza AdS/CFT (acronimo di Anti de Sitter/Teoria di campo conforme) è la supposta
equivalenza tra una teoria delle stringhe o supergravità definita in un certo tipo di spazio, prodotto
tra uno spazio Anti de Sitter ed una varietà chiusa, ed una teoria di campo conforme definita sulla
frontiera conforme dello spazio stesso, avente dimensione inferiore. È la migliore realizzazione del
principio olografico, un'ipotesi circa la gravità quantistica originariamente proposta da Gerardus 't
Hooft e sostenuta e sviluppata da Leonard Susskind.
Physique de la matière condensée[modifier | modifier le code]
Un accenno alla superconduttività è nella stessa voce inglese
di Wikipedia:
Un aimant permanent lévitant au-dessus d'un supraconducteur à haute température. Certains
physiciens espèrent comprendre ce type de supraconductivité à l'aide de la correspondance
AdS/CFT40.
La physique de la matière condensée expérimentale a découvert un certain nombre d'états exotiques
de la matière, dont la supraconductivité et la superfluidité. Ces états sont décrits à l'aide du
formalisme de la théorie quantique des champs, mais certains phénomènes sont difficiles à
expliquer à l'aide des techniques théoriques standards. Certains physiciens, dont Subir
Sachdev (en), espèrent que la correspondance AdS/CFT permettra de décrire ces systèmes à l'aide
de la théorie des cordes afin de mieux appréhender leur comportement25.
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Ora vediamo l’effetto entanglement come conseguenza delle
teorie di stringa, e poi collegheremo le tre cose:
Da Wikipedia , ricordiamo l’ effetto entanglement:
Entanglement quantistico
Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.
Vai a: navigazione, ricerca
L'entanglement quantistico o correlazione quantistica è un fenomeno quantistico, privo di
analogo classico, in cui ogni stato quantico di un insieme di due o più sistemi fisici dipende dallo
stato di ciascun sistema, anche se essi sono spazialmente separati. Viene a volte reso in italiano con
il termine "non-separabilità".
Esso implica la presenza di correlazioni a distanza tra le quantità fisiche osservabili dei sistemi
coinvolti, determinando il carattere non locale della teoria.
Il termine "entanglement" (letteralmente in inglese groviglio, intreccio) fu introdotto nel 1935 da
Erwin Schrödinger, in una recensione del famoso articolo sul paradosso EPR.[1]
sul link www.link2universe.net/.../la-teoria-delle-stringhe-potra-per-la-prima-volta- esseremessa-alla-prova/ ,
al quale si rimanda, si trova una prima connessione tra
entenglement e stringhe, con il primo come conseguenza delle
seconde.
Conclusioni
Possiamo concludere che, dal punto di vista strettamente
teorico, ci sono delle connessioni tra teoria delle stringhe,
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effetto entanglement e superconduttività, quindi anche con la
particella di Majorana, in base al seguente schema:
Teoria delle stringhe
↓(conseguenze e particelle)
Effetto entanglement e AdS/CFT
↓
Particella(fermione) di Majorana (causa)
↓
Superconduttività (effetto)
Dal punto di vista sperimentale, invece, si dovrebbero prima
produrre in qualche modo grandi quantità di tali particelle,
come succede per gli elettroni con l’elettricità tramite le
dinamo, e poi collegare tali particelle di Majorana ai sistemi
di trasmissione degli elettroni prodotti dalle dinamo o dai
pannelli fotovoltaici ecc. al fine di trasportare l’energia
elettrica a grandi distanze evitando, grazie alla
6
superconduttività che esse consentono, le attuali perdite
(circa il 30%) dovute alla mancanza di superconduttività
negli attuali cavi elettrici, ancora costruiti con elementi
detti semplicemente buoni conduttori (rame, ecc.).
Presumibilmente, si farà uso dei migliori metalli già noti
come superconduttori, per esempio il più diffuso Alluminio
(numero atomico 13 = numero di Fibonacci) che sono legati,
tramite il loro numero atomico, alla sezione aurea e ai numeri
di Fibonacci, come abbiamo notato nel nostro lavoro (Rif. 4 e
5).
La serie di Fibonacci nella Tavola periodica sul link
1.
fibonaccigela.altervista.org/Relazioni/gruppo%20Eratostene.pdf
Dal quale riportiamo qui soltanto il brano dedicato agli
elementi superconduttori, coinvolti in questo lavoro:
” Gli elementi super conduttori sono vicini, come numeri atomici, agli
elementi più stabili, e sono:
Alluminio (13), coinvolto anche nei quasicristalli
Gallio (31)
Niobio (41)
Indio (49)
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Stronzio (50), anche tra gli elementi più stabili
Mercurio (80), anche questi vicini ai numeri di Fibonacci 13, 34, 55, 89
Con rapporti successivi:
31/13 = 2,38 ≈ 2,56 = 1,618^2
41/31 = 1,32 ≈ 1,27 = √1,618
49/41 = 1,19 ≈ (√1,618 + √1,618)/2
50/49 = 1,020 ≈ 1,015 = √1,618
80/50 = 1,6 ≈ 1,618 “
Per i numeri 41 e 49 del Niobio e dell’Indio, possiamo dire che
sono circa una media tra i numeri di Fibonacci 34 e 55, infatti
(34 + 55)/2 = 89/2 =44,5, a sua volta circa la media
(41+49)/2= 90/2 = 45.
Nella superconduttività, quindi, dal punto di vista matematico,
sono coinvolti anche la sezione aurea e i numeri di Fibonacci,
come del resto anche nella maggiore stabilità chimica di
alcuni elementi chimici:
“ Gli elementi più stabili sono invece l’Idrogeno (1), il carbonio (6), il
Silicio (14), il Germanio (32),lo Stronzio (50) e il Piombo (82), con i
numeri atomici vicini ai numeri di Fibonacci:
1=1
6=5+1
14=13+1,
32=34-2
50 =55-5
82 = 89 -7
E quindi con rapporti successivi molto simili
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6/1 = 6 ≈ 6,85 = 1,618^4
14/6 = 2,33 ≈ 2,61 = 1,618^2
50/14= 3,57≈ 3,42 = (1,618^3 + 1,618^4)/2
82/50 = 1,64 ≈ 1,618 “
Dai numeri atomici si deduce anche che elementi più stabili e
superconduttori sono vicini nella tavola periodica, come possiamo
vedere nella seguente Tabella:
Numeri atomici degli
elementi
superconduttori ESC
13
41
49 ≈ 55
50 ≈ 55
80 ≈ 89
Numeri atomici degli
elementi più stabili
EPS
1
6≈5
14 ≈ 13
32 ≈ 34
50 ≈ 55
50 ≈ 55
82 ≈ 89
Differenze
ESC- EPS
Media algebrica 0
-1
9
-6
0
-2
Stabilità atomica e superconduttività sono quindi anche connesse tra
loro, sia pure in modo approssimativo (migliore per gli EPS), dalla
sezione aurea e dai numeri di Fibonacci, mentre la superconduttività
è connessa all’effetto entanglement, alla AdS/CFT e alla particella di
Majorana recentemente scoperta.
Ai fini sperimentali questa nostra correlazione potrebbe essere,
possibilmente e sperabilmente, di una qualche utilità pratica.
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Ora la parola agli sperimentatori sulla particella di Majorana.
Riferimenti (Tutti sul nostro sito, salvo diversa indicazione)
1) “La teoria delle stringhe come la teoria dei quanti?”
Francesco Di Noto, Michele Nardelli
2) “L’EFFETTO ENTANGLEMENT SU LARGA
SCALA (dalle stringhe al mondo quantistico e poi anche
al mondo sensibile)”
Gruppo “B. Riemann”*
Francesco Di Noto, Michele Nardelli
*Gruppo amatoriale per la ricerca matematica sui numeri primi, sulle loro congetture e sulle
loro connessioni con le teorie di stringa.
3) FIBONACCI, I FUTURI COMPUTER
A BASE DI DNA E I COMPUTER QUANTISTICI
Francesco Di Noto, Michele Nardelli, Pierfrancesco Roggero
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4) La serie di Fibonacci nella Tavola periodica sul link
fibonaccigela.altervista.org/Relazioni/gruppo%20Eratostene.pd
f
5) “LA CHIMICA AUREA”
Francesco Di Noto – Eugenio Amitrano
Inedito
La sezione aurea in chimica
Rubrica curata da
Francesco Di Noto e Eugenio Amitrano
http://www.atuttoportale.it/
6) “I numeri di Fibonacci nella Tavola Periodica”
Francesco Di Noto
Sul sito www.divinesection.net, sezione “Articoli”
Per quanto riguarda i computer quantistici, segnaliamo la
voce di Wikipedia
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7)
Topological quantum computer
8) “Fibonacci quasiparticle” could form basis of future
quantum computers
Sul sito
http://phys.org/news/2014-12-fibonacci-quasiparticlebasis-future-quantum.html
NOTA STORICA su Ettore Majorana, di Francesco Di Noto
Su “Il Gornale di Sicilia” del 27.12.2014, nella rubrica
“Sforbiciando” di Aldo Forbice, ho letto un articolo ,
“Majorana mito e mitologia intorno allo scenziato”, che, come
conterraneo (sono siciliano anch’io) riportiamo integralmente:
“A distanza di 75 anni dalla scomparsa Ettore Majorana
continua a far parlare di sé. Che fosse questo il vero motivo
della sua misteriosa sparizione? Se lo chiede anche Etienne
Klein nel suo bellissimo libro Cercando Majorana (Carocci).
Devo ammettere che, fra tutti i libri letti sul famoso scienziato,
questo del fisico e filosofo della scienza Klein, è sicuramente il
più affascinante, e coinvolgente, anche per merito di ina
inappuntabile traduzione di Giancarlo Brioschi.Di Majorana si è
parlato di recente per una nuova << scoperta>> , questa volta in
Venezuela, dove è stato ritrovato, ma dopo la morte, un anziano
che somiglierebbe proprio a lui. Le indagini sono in corso e
vedremo se il giallo potrà avere una soluzione dopo innumerevoli
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ipotesi elaborate da molti scrittori (fra cui Sciascia), giornalisti ed
estimatori dello scienziato.
Il libro di Klein riesce soprattutto a ricordare l’importanza della
figura di Majorana come ricercatore perché le sue scoperte sulle
forze nucleari sull’antimateria sono state comprese solo negli
anni ’60, perché diverse sue intuizioni (scritte su dei quaderni)
sono servite a studiosi di diversi Paesi per approfondire scoperte
abbozzate, tali da far conquistare a diversi fisici il Premio Nobel.
Insomma, Majorana fu un grande della scienza, un genio che
aveva <<doni che era il solo a possedere>>, per usare le parole di
Enrico fermi, suo maestro e grande estimatore. Ma il giovane
fisico catanese non aveva imparato a vivere fra gli uomini,
decidendo di sparire ( ma non di suicidarsi, come molti hanno
pensato). Klein ricostruisce, anche con documenti inediti, questa
vicenda umana confutando molti luoghi comuni e facendo capire
le ragioni autentiche della <<fuga >> dello scienziato e dell’uomo”
Commento personale
Io sarei propenso, come anche altri, ad individuare la causa
della fuga nella possibilità concreta, da lui eventualmente
intuita con largo anticipo, di poter costruire in futuro le
bombe atomiche in seguito ed in base anche alle sue scoperte
di fisica nucleare.
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