天使粒子

魏星

基本粒子在物理學領域是指構成物質的最小、最基本的單位，分為費米子和玻色子兩種。1928年，英國理論物理學家保羅·狄拉克（P.A.M.Dirac）預言：宇宙中每一個基本費米粒子必然有相對應的反粒子。這一理論曾被視為真理。1937年，意大利理論物理學家埃托雷·馬約拉納（E.Majorana）預言了存在這樣一種粒子——反粒子就是其本身，即馬約拉納費米子。目前的基本粒子中，除了仍缺乏本質了解的中微子外，尚無已知的馬約拉納費米子。

科學家一直試圖通過實驗尋找馬約拉納費米子，并在近五年內發現了馬約拉納費米子存在的一些證據，但都不能排除其他效應的影響。2017年7月21日，何慶林、寇煦豐、張首晟、王康隆4位華人科學家領銜的科研團隊，在《科學》（Science）期刊上發表了論文《量子反常霍爾效應絕緣體—超導體結構中的手性馬約拉納費米子邊緣模》（Chiral Majorana fermion modes in a quantum anomalous Hall insulatorsuperconductor structure），宣稱發現了馬約拉納費米子存在的第一個堅實證據，并為這種手性馬約拉納費米子取名為“天使粒子”。

盡管這次發現的并非真正的馬約拉納費米子，而是“準粒子”（作為固態系統中簡化多體問題的手段之一而引入的數學模型），只是證明了具有馬約拉納費米子激發的輸運態，但這是世界上首次實現其粒子的量子化，是世界上首次實驗證明馬約拉納費米子存在的最有力證據，并且可能有助于制造穩定的量子計算機。各大媒體對此爭相報道，“天使粒子”的名詞迅速刷屏。

宇宙中有粒子必有其反粒子被認為是絕對真理。然而，會不會存在一類沒有反粒子的粒子，或者說正反同體的粒子？1937年，意大利理論物理學家埃托雷·馬約拉那（Ettore Majorana）在他的論文中猜測有這樣神奇的粒子存在，即我們今天所稱的馬約拉那費米子。從2010年到2015年，張首晟團隊連續發表三篇論文，精準預言了實現馬約拉那費米子的體系及用以驗證的實驗方案。王康隆等實驗團隊依照張首晟的理論預測，成功發現了手性馬約拉那費米子，為持續了整整80年的科學探索畫上了圓滿的句號。張首晟將這一新發現的手性馬約拉那費米子命名為“天使粒子”，這個名字來源于丹·布朗的小說及其電影《天使與魔鬼》。——《物理學重大突破：科學家找到“天使粒子”》（人民網，2017年7月21日）

“從實驗上來講，目前全球還沒有一篇實驗文章能夠觀察到馬約拉納費米子的一維版。”何慶林解釋道，“這是我們本次工作的意義所在，更重要的是，我們是世界上首次觀測到馬約拉納費米子的量子化現象。”……同為論文作者之一的張首晟教授認為，“天使粒子”是一個完美的世界，只有天使，沒有魔鬼。因此提出這一新發現的手性馬約拉納費米子稱為“天使粒子”。對此，作為第一作者的何慶林表示，因為從物理層面來說馬約拉納費米子陰陽同體且呈現電中性，而且此次成果主要是華人科學家的突破，所以更傾向于“太極粒子”這一富于中國哲學意味的命名。——《是天使粒子還是太極粒子？第一作者何慶林有話說》endprint