正文
▲狄拉克和刻在他墓碑上的方程
1932年,美国物理学家安德森在研究宇宙射线时,无意间发现了狄拉克预言的正电子。从此以后,宇宙中有粒子必有其反粒子被认为是永恒不变的真理。
目前,正电子也被广泛应用到人类生活之中,医学影像技术PET(Positron Emission Tomography, 正电子发射断层扫描) 就是其中之一。
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:
会不会有一类没有反粒子的粒子,或者说它们自身就是自己的反粒子。
这个粒子被后来的物理学界称之为Majorana费米子,并和希格斯波色子、引力子、磁单极、暗物质等一起被视为人类最为梦寐以求的神秘粒子。
Ettore Majorana
在物理学里,存在两大分支:粒子物理和凝聚态物理。
科学家们认为,在粒子物理中,标准模型范畴之外的中微子可能是马约拉那费米子。而要验证这一猜想,需要进行无中微子的beta双衰变实验。可惜的是,这项实验所要求的精度在今后的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》
。张首晟说:
“这部作品描述了正反粒子湮灭爆炸的场景。过去我们认为有粒子必有其反粒子,正如有天使必有魔鬼。但今天,我们找到了一个没有反粒子的粒子,
一个只有天使,没有魔鬼的完美世界。
”
天使粒子的意义:量子计算已成可能
找到天使粒子有什么现实意义?张首晟指出,
从基本科学发现到技术应用往往需要多年时间,但天使粒子的发现意味着量子计算已成为可能。
他解释说,量子世界本质上是平行的,一个量子粒子能够同时穿过两个狭缝。因此,
量子计算机能够进行高度并行的计算,远比经典计算机有效。
一个量子粒子能够同时穿过两个狭缝。