마요라나 페르미온

마요라나 페르미온 (Majorana fermion)은 자신의 반입자와 똑같은, 즉, 전하가 없는 페르미온을 말한다. 이탈리아의 물리학자 에토레 마요라나에 의해 1937년에 처음 제안되었다.

개요

일반적인 페르미온은 디랙 페르미온이라고 불리며, 입자와 반입자가 뚜렷하게 구별된다. 예를 들어, 전자는 음전하를 띠고 있는 반면, 전자의 반입자인 양전자는 양전하를 띤다. 그러나 마요라나 페르미온은 입자와 반입자가 동일하므로 전하를 포함한 모든 양자수가 0이다.

이론적 배경

마요라나 페르미온의 존재는 디랙 방정식을 변형하여 유도될 수 있다. 디랙 방정식은 질량이 있는 페르미온을 기술하는 상대론적 양자역학 방정식인데, 마요라나는 이 방정식을 재해석하여 입자와 반입자가 동일한 해를 가질 수 있음을 보였다. 이러한 해는 마요라나 방정식이라고 불리며, 마요라나 페르미온을 기술한다.

가능성 및 연구 동향

마요라나 페르미온은 자연계에 실제로 존재하는지에 대한 여부가 아직 확인되지 않았지만, 응집물질물리학, 특히 초전도체 분야에서 활발하게 연구되고 있다. 특정 유형의 초전도체에서 마요라나 페르미온이 quasi-particle 형태로 존재할 수 있다는 이론적 예측이 있으며, 이를 실험적으로 확인하려는 노력이 진행 중이다.

마요라나 페르미온은 양자컴퓨터, 특히 위상 양자컴퓨터 구현에 활용될 가능성이 높아 많은 관심을 받고 있다. 마요라나 페르미온은 외부 교란에 강한 특성을 가지고 있어, 양자 정보의 안정성을 높일 수 있기 때문이다.