張首晟團隊發現天使粒子 楊振寧:獲諾獎只是時間問題

  • 張首晟。

    張首晟。

大陸新聞中心/綜合報導

張首晟及其團隊7月21日凌晨在美國科學雜誌上發表了一項重大發現:在整個物理學界歷經80年的探索之後,他們終於發現了手性Majorana費米子的存在。

根據鳳凰網報導,這一發現,驗證了由義大利理論物理學家Ettore Majorana在80年前提出的預測——存在一類沒有反粒子的粒子。同時也證明了存在一種比量子還小的單位,這將對現在的量子理論帶來巨大的改變。

張首晟將這一新發現稱為『天使粒子』。普通群眾可能暫時難以理解這一發現,但是對基礎物理界來說,這或將開啟一個新的時代。

80年漫長的尋覓

1928年,英國理論物理學家保羅·狄拉克(Paul Adrie Maurice Dirac)提出了著名的狄拉克方程式。這一發現,從理念上預言了正電子的存在,狄拉克提出:宇宙中每一個基本粒子必然有相對應的反粒子。


狄拉克和刻在他墓碑上的方程式。

1932年,美國物理學家安德森在研究宇宙射線時,無意間發現了狄拉克預言的正電子。從此以後,宇宙中有粒子必有其反粒子被認為是永恆不變的真理。

目前,正電子也被廣泛應用到人類生活之中,醫學影像技術PET(Positron Emission Tomography,正電子發射斷層掃描)就是其中之一。

張首晟向鳳凰科技表示:『根據以往的認知,我們似乎生活在一個充滿正反對立的世界。比如有正數必有負數,有存款必有負債,有陰必有陽,有善必有惡,有天使必有惡魔。』

但是,在1937年,也就是整整80年前,Ettore Majorana做出這樣一個大膽的猜測:會不會有一類沒有反粒子的粒子,或者說它們自身就是自己的反粒子。這個粒子被後來的物理學界稱之為Majorana費米子,並和希格斯波色子、引力子、磁單極、暗物質等一起被視為人類最為夢寐以求的神秘粒子。


Ettore Majorana。

從那開始,尋找這一神奇粒子也就成了物理學中許多領域研究工作的崇高目標。

在物理學裡,存在兩大分支,分別是粒子物理和凝聚態物理。

在粒子物理中,標準模型範疇外的中微子被認為最可能是Majorana費米子,而且這一猜測是有可能被『無中微子的beta雙衰變』實驗所驗證。但這項實驗所要求的精度在今後的10年到20年以內都難以達到。

而在張首晟所研究的凝聚態物理中,Majorana費米子有可能作為某些新奇量子基態上的準粒子或元激發而存在。

在2010年到2015年之間,張首晟與其團隊連續發表三篇論文,精準預言了在哪裡能夠找到Majorana費米子,繼而指出哪些實驗信號能夠作為鐵證如山的證據。

他們預言手性Majorana費米子存在於一種由量子反常霍爾效應薄膜和普通超導體薄膜組成的混合器件中。


張首晟團隊搜尋手性Majorana費米子的實驗平台。

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