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据公民7月21日报导，物理学迎来严重突破：由4位华人科学家领衔的科研团队总算找到了正反同体的“天使粒子”——马约拉那费米子，然后完毕了国际物理学界对这一奥秘粒子长达80年的绵长寻觅。

相关论文宣布在今日出书的《科学》杂志上。该效果由加利福尼亚大学洛杉矶分校王康隆课题组和美国斯坦福大学教授张首晟课题组、上海科技大学寇煦丰课题组等多个团队共同完结，通讯作者为何庆林、寇煦丰、张首晟、王康隆，均为华人科学家。

张首晟承受本记者采访。赵永新摄

诺贝尔奖获得者FrankWilczek点评这项作业时说:张首晟与团队规划了全新的系统,并在试验中明晰地测量到马约拉那费米子，这真是一项里程碑的作业。

国际同行指出：发现马约拉那费米子是继发现“天主”粒子、中微子、引力子之后的又一里程碑发现，不只具有严重的理论含义，并且具有重要的潜在使用价值：让量子核算成为实际。

“奥秘的正反同体粒子，让咱们等了80年”

在物理学领域，构成物质的最小、最根本的单位被称为“根本粒子”。它们是在不改动物质特点前提下的最小体积物质，也是组成各式各样物体的根底。根本粒子又分为两种：费米子和玻色子，别离以美国物理学家费米和印度物理学家玻色的姓名命名。

东方西方哲学家都以为，人类好像生活在一个充溢正反敌对的国际：有正数必有负数，有存款必有负债，有阴必有阳，有善必有恶，有天使必有恶魔。1928年，巨大的理论物理学家狄拉克(Dirac)作出惊人的预言：国际中每一个根本费米粒子必定有相对应的反粒子。依据爱因斯坦E=mc2的质能公式，当一个费米子遇上它的反粒子，它们会彼此湮灭，然后使两个粒子的质量消失并转化为能量。

从此以后，国际中有粒子必有其反粒子被以为是绝对真理。但是，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?马约拉那在他的论文中猜测有这样独特的粒子存在，即咱们今日所称的马约拉那费米子。不幸的是，他自己做出这一猜测后在一次搭船游览中奥秘失踪。自此以后，寻觅这一独特粒子成为了物理学家门朝思暮想的探究方针。

意大利理论物理学家埃托雷·马约拉那

科学家们以为，在粒子物理中，规范模型领域之外的中微子或许是马约拉那费米子。而要验证这一猜测，需求进行无中微子的beta双衰变试验。惋惜的是，这项试验所要求的精度在往后的10年到20年以内都难以达到。

张首晟把突破口转向凝聚态物理。从2010年到2015年，张首晟团队接连宣布三篇论文，精准预言了完结马约拉那费米子的系统及用以验证的试验计划。王康隆等试验团队按照张首晟的理论猜测，成功发现了手性马约拉那费米子，为继续了整整80年的科学探究画上了满意的句号。

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”，这个姓名来源于丹?布朗的小说及其电影《天使与魔鬼》。“这部著作描绘了正反粒子湮灭爆破的场景。曩昔咱们以为有粒子必有其反粒子，正如有天使必有魔鬼。但今日，咱们找到了一个没有反粒子的粒子，一个只要天使，没有魔鬼的完美国际。”张首晟说。

电影《天使与魔鬼》海报。

“今日的效果，是建立在发现量子失常霍尔效应的根底上”

困扰了物理学界80年的难题是怎样被破解的？张首晟以为，任何科研作业都是建立在已有用果的根底上。天使粒子的发现，得益于从前对量子失常霍尔效应的探究，也是理论和试验结合的效果。

开始，张首晟按常理做了一项揣度：已然马约拉那费米子只要粒子、没有反粒子，那么它就相当于传统粒子的一半。他很快意识到，“一半”的概念便是处理问题的要害。

早在2008年，张首晟理论就预言了量子失常霍尔效应，这一预言在2013年被清华大学教授薛其坤领衔的清华大学物理系和中科院物理研究所联合组成的试验团队证明。在试验中，跟着调理外磁场，失常量子霍尔效应薄膜呈现出量子渠道，对应着1、0、-1倍根本电阻单位e2/h。也便是说，量子国际里的电阻是量子化的，它只能整数倍地跳台阶。

这给了张首晟一个创意：马约拉那费米子是一般粒子的一半，已然一般的粒子按整数跳，马约拉那费米子或许便是按半整数跳——它一定会呈现出一个独特的、“1/2的台阶”。由此，他预言手性马约拉那费米子存在于一种由量子失常霍尔效应薄膜和一般超导体薄膜组成的混合器材中。当把一般超导体置于失常量子霍尔效应薄膜之上时，接近效应使之可以完结手性马约拉那费米子，相应的试验中会多出全新的量子渠道，对应1/2倍根本电阻单位e2/h。

张首晟团队提出的搜索马约拉那费米子的试验渠道：由量子失常霍尔效应薄膜和一般超导体薄膜组成的混合器材。

在后续的试验验证中，激动人心的效果呈现了：王康隆等试验团队的确看到了“1/2的台阶”。这半个根本电阻来源于马约拉那费米子作为半个传统粒子的特别性质，因而，多出来的半整数量子渠道为手性马约拉那费米子的存在供给了有力的印证。

何庆林、王康隆试验团队和夏晶试验团队在与张首晟理论团队协作下所测量到的与理论猜测契合的半量子电导渠道，这为马约拉那费米子的发现供给了直接而有力的试验依据。

“天使粒子带来的量子核算年代，让我充溢振奋和等待”

找到天使粒子有什么实际含义？张首晟指出，从根本科学发现到技能使用往往需求多年时刻，但天使粒子的发现意味着量子核算已成为或许。

他解说说，量子国际本质上是平行的，一个量子粒子可以一起穿过两个狭缝。因而，量子核算机可以进行高度并行的核算，远比经典核算机有用。以算术问题为例，假如给出一个很大的数字，问这个数字能否拆成两个数字的乘积，那么经典核算机只能用穷举法逐个测验整除核算，而量子核算机可以在一会儿一起完结一切或许项的测算。

一个量子粒子可以一起穿过两个狭缝。

但是，一个量子比特的信息非常难以存储，弱小的环境噪声就能消灭其量子特性。因而，量子核算机往往被视为望尘莫及的幻想。

“一般情况下，量子比特只能放在一个传统粒子内贮存，简单被搅扰。但现在，天使粒子的发现供给了一种绝妙的或许性：一个量子比特可以被拆成两半，存储在两个间隔非常悠远的马约拉那费米子上。”张首晟说，如此一来，传统的噪声很难一起以相同的方法影响这两个马约拉那费米子、然后消灭所存储的量子信息。“相较于传统的存储方法，根据天使粒子的存储方法极端安定。”

“咱们提出的器材一起仍是二维系统，然后答应马约拉那费米子的羁绊和编辫，使得有用的量子核算成为或许，然后处理人类面临的一些困难问题。”张首晟说，“我对天使粒子巡游的量子天堂充溢振奋与等待。”