天使粒子解開物理界80年難題

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  (綜合報導)美國史丹福大學教授張首晟等4位華人科學家領銜的科研團隊,20日在美國《科學》(Science)期刊上發表報告說,他們首次發現了正反同體的「天使粒子」存在的證據。這一重大突破解決了困擾量子物理學80年的難題,對量子計算發展也是一大助力。
英國物理學家保羅.狄拉克於1928年預言,每一個基本粒子都有對應的反粒子。1937年,義大利物理學家埃托雷.馬約拉納又預言,自然界中可能存在一類特殊粒子,它們的反粒子就是自身,這種正反同體的粒子被稱為「馬約拉納費米子」(Majorana fermion)。
不過,馬約拉納費米子一直未被發現,如今,張首晟團隊終於找到了它存在的證據。張首晟把他們發現的馬約拉納費米子稱為「天使粒子」。張首晟上海出生,17歲赴德留學,33歲被聘為史丹福大學終身教授。他師承最早華人諾貝爾獎得主楊振寧,楊曾預言張也可獲諾貝爾物理學獎。
香港中通社報導說,從2010年到2015年,張首晟的理論團隊連續發表3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。美國加州大學洛杉磯分校的何慶林、王康隆及歐文分校的夏晶領導的實驗團隊依照其理論預測,成功發現了「手性」(chirality)馬約拉那費米子,為持續了整整80年的科學探索畫下圓滿句點。
另據新華社報導,按照理論團隊預言,研究人員搭建了一個將普通超導體薄膜置於「量子反常霍爾效應」薄膜(即磁性拓撲絕緣體)之上的混合器件。施加低強度外磁場後,研究人員測量到了半整數量子平臺,這成為「手性」馬約拉納費米子存在的實驗證據。
張首晟解釋說,在以往的量子反常霍爾效應實驗中,隨著調節外磁場,會出現整數量子平臺。這是通常的粒子行為。馬約拉納費米子沒有反粒子,相當於半個傳統粒子,因此當把普通超導體置於量子反常霍爾效應薄膜之上時,在通常的整數量子平臺之外,會新出現半整數量子平臺。

責任編輯:Eason

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