天使粒子

魏星

基本粒子在物理学领域是指构成物质的最小、最基本的单位，分为费米子和玻色子两种。1928年，英国理论物理学家保罗·狄拉克（P.A.M.Dirac）预言：宇宙中每一个基本费米粒子必然有相对应的反粒子。这一理论曾被视为真理。1937年，意大利理论物理学家埃托雷·马约拉纳（E.Majorana）预言了存在这样一种粒子——反粒子就是其本身，即马约拉纳费米子。目前的基本粒子中，除了仍缺乏本质了解的中微子外，尚无已知的马约拉纳费米子。

科学家一直试图通过实验寻找马约拉纳费米子，并在近五年内发现了马约拉纳费米子存在的一些证据，但都不能排除其他效应的影响。2017年7月21日，何庆林、寇煦丰、张首晟、王康隆4位华人科学家领衔的科研团队，在《科学》（Science）期刊上发表了论文《量子反常霍尔效应绝缘体—超导体结构中的手性马约拉纳费米子边缘模》（Chiral Majorana fermion modes in a quantum anomalous Hall insulatorsuperconductor structure），宣称发现了马约拉纳费米子存在的第一个坚实证据，并为这种手性马约拉纳费米子取名为“天使粒子”。

尽管这次发现的并非真正的马约拉纳费米子，而是“准粒子”（作为固态系统中简化多体问题的手段之一而引入的数学模型），只是证明了具有马约拉纳费米子激发的输运态，但这是世界上首次实现其粒子的量子化，是世界上首次实验证明马约拉纳费米子存在的最有力证据，并且可能有助于制造穩定的量子计算机。各大媒体对此争相报道，“天使粒子”的名词迅速刷屏。

宇宙中有粒子必有其反粒子被认为是绝对真理。然而，会不会存在一类没有反粒子的粒子，或者说正反同体的粒子？1937年，意大利理论物理学家埃托雷·马约拉那（Ettore Majorana）在他的论文中猜测有这样神奇的粒子存在，即我们今天所称的马约拉那费米子。从2010年到2015年，张首晟团队连续发表三篇论文，精准预言了实现马约拉那费米子的体系及用以验证的实验方案。王康隆等实验团队依照张首晟的理论预测，成功发现了手性马约拉那费米子，为持续了整整80年的科学探索画上了圆满的句号。张首晟将这一新发现的手性马约拉那费米子命名为“天使粒子”，这个名字来源于丹·布朗的小说及其电影《天使与魔鬼》。——《物理学重大突破：科学家找到“天使粒子”》（人民网，2017年7月21日）

“从实验上来讲，目前全球还没有一篇实验文章能够观察到马约拉纳费米子的一维版。”何庆林解释道，“这是我们本次工作的意义所在，更重要的是，我们是世界上首次观测到马约拉纳费米子的量子化现象。”……同为论文作者之一的张首晟教授认为，“天使粒子”是一个完美的世界，只有天使，没有魔鬼。因此提出这一新发现的手性马约拉纳费米子称为“天使粒子”。对此，作为第一作者的何庆林表示，因为从物理层面来说马约拉纳费米子阴阳同体且呈现电中性，而且此次成果主要是华人科学家的突破，所以更倾向于“太极粒子”这一富于中国哲学意味的命名。——《是天使粒子还是太极粒子？第一作者何庆林有话说》endprint