예나 대학(Jena University)의 물리학자들이 존재하지 않는다고 알려진 소립자인 충전된 마요나라 입자(Majorana particles)를 처음으로 시연하는 데 성공했다. 과학 저널인 Optica 신판에서, 연구진은 그들의 접근 방법에 관해 설명했다. Alexander Szameit 교수와 그의 동료는 유리 칩에 새겨진 복잡한 도파관 회로로 구성된 광자 설치를 개발하여, 물리적 실험이 가능하도록 하였다. 

1939년 3월, 이탈리아 소립자 물리학자인 에토레 마요나라(Ettore Majorana)는 팔레르모에서 나폴리로 가는 배에 탑승하였지만, 끝내 나폴리에 도착하지 않았다. 그 날 이후로, 이 뛰어난 과학자의 흔적은 어디에도 없었고, 오늘날까지 그의 의문스러운 실종은 풀리지 않은 채 남아있다. 노벨상 수상자인 Enrico Fermi의 수제자였던 Majorana는 그 후 점점 잊혀갔다. 그러나 과학 세계가 그에 관해 기억하는 것은 그가 개발한 핵력과 매우 특별한 소립자에 대한 이론이다. “ Majorana의 이름을 딴 이 입자는 놀라운 특성을 보이고 있다. 이 특징은 실제 세상에는 존재하지 않는다고 알려졌다”고 예나 프리드리히실러 대학(Friedrich Schiller University Jena)의 물리학부 교수인Alexander Szameit가 말했다. 예를 들어, 마요나라 입자는 자신의 반입자를 가진다. 내부적으로, 그것들은 마치 반대 전하와 스핀같이, 완전히 반대의 특성을 결합한다. 만약 그것들이 존재한다면, 그들은 그들 자신을 곧 전멸시킬 것이다. “따라서 마요나라는 완전한 이론적 유형이며, 실험으로는 측정할 수 없다”고 그는 말했다. 

오스트리아와 인도, 그리고 싱가포르의 연구진과 함께, Alexander Szameit와 그의 동료는 이러한 불가능을 실현했다. 과학 저널인 Optica 신판에서, 연구진은 그들의 접근 방법에 관해 설명했다. Szameit와 그의 연구진은 유리 칩에 새겨진 복잡한 도파관 회로로 구성된 광자 설치를 개발했다. 이는 그들에게 충전된 마요나라 입자를 시연하고, 물리적 실험을 수행할 수 있게 하였다. “우리가 병렬 실행 도파관 격자를 통해 두 개의 광선을 동시에 보냈을 때, 이것은 개별적으로 반대 특성을 보여주었다”고 이 논문의 주요 저자인 Robert Keil 박사가 설명했다. 격자를 통해 진화한 후에, 이 두 파는 간섭하여, 광학 마요나라를 형성했는데, 이는 빛살의 분포로 측정할 수 있다. 따라서 과학자들은 마치 사진기처럼, 이러한 효과를 수집하여 정의된 순간에서의 마요나라 상태에 관한 영상을 생성하였다. “그러한 여러 단일 영상의 도움으로, 이 입자는 영상화되고, 그들의 행동을 우리는 분석할 수 있었다”고 Keil이 말했다. 

이 모델은 예나 과학자들이 완전히 알려지지 않은 과학적 영역으로 한 걸음 다가설 수 있게 하였다. “현재, 우리는 희귀한 이론으로만 설명되어온 현상에 접근하는 것이 가능해졌다”고 Alexander 교수가 말했다. “이 시스템의 도움으로, 우리는 현대 물리의 큰 축 중 하나인 전하 보존의 법칙에 관한 실험을 수행할 수 있게 되었다. 우리의 결과로 과학자들은 실험실에서 비물리적 과정을 시연할 수 있게 되었으며, 따라서, 자연에서 관찰할 수 없는 희귀한 입자의 특성을 실제로 사용할 수 있게 되었다”고 그는 말했다. Szameit는 그들이 시연한 이 마요나라 입자가 차세대 양자 컴퓨터의 구축에 상당한 잠재력이 있음을 시사했다. “이러한 접근 방법으로, 현재 우리가 달성 가능한 것보다 훨씬 더 큰 컴퓨터 용량을 성취할 수 있기를 희망한다”고 그는 말했다. 

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』