追寻80年 华人科学家找到天使粒子
张首晟2012年获物理界重量级的狄拉克奖。(取自网络)
捕捉到天使粒子，对发展量子计算机有很大帮助。(取自网络)
“科学”(Science)杂志21日发表的一篇最新论文，宣示了一项重大物理学突破：由尔湾加州大学副教授夏晶和洛杉矶加州大学教授王康隆主持的研究团队，根据史丹福大学物理教授张首晟提出的计划，在加州大学实验室对各种奇特材料进行连串实验，终于首次发现正反同体的“天使粒子”—马约拉纳费米子（Majorana fermion）存在的证据，从而结束了国际物理学界对这一神秘粒子长达80年的漫长追寻。
让量子计算成为现实
史丹福大学在新闻稿中表示，发现马约拉那费米子是继发现“上帝粒子”(希格斯波色子)、中微子、引力子之后的又一重大理论发现，而且具有潜在的应用价值—让量子计算成为现实；这将对现在的量子理论带来巨大的改变，这对基础物理界来说，可望开启一个新的时代。
“我们的团队正确预测能在哪里找到马约拉纳费米子，以及寻找什么现象。这项发现结束了基本物理学一项持续整整80年的最密集研究。”张首晟说，这种追寻的知识性质似乎重于实用性质，却可能实际应用于制造威力强大的量子电脑，虽然这种展望还很遥远。
在物理学领域，构成物质的最小、最基本的单位被称为“基本粒子”。它们是在不改变物质属性前提下的最小体积物质，也是组成各种各样物体的基础。基本粒子又分为两种：费米子和玻色子，分别以美国物理学家费米和印度物理学家玻色的名字命名；东方西方哲学家都认为，人类似乎生活在一个充满正反对立的世界：有正数必有负数，有阴必有阳，有善必有恶，有天使必有恶魔。
1928年，理论物理学家狄拉克(Paul Dirac)作出惊人预言：宇宙中每一个基本费米粒子必然有相对应的反粒子；根据爱因斯坦E=MC²的质能公式，当一个费米子遇上它的反粒子，它们会相互抵销，使两个粒子的质量消失，并释出能量。从此以后，宇宙中有粒子必有其反粒子被认为是绝对真理。
然而，物理学界也在探寻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马约拉那在他的论文中猜测有这样神奇的粒子存在，即科学界今天所称的马约拉那费米子。
这个研究团队观察的粒子是一种“手性”费米子，因为它只在一维层面途径沿着一个方向移动。研究人员说，制造这种费米子的实验很难设计、设立和进行，可是得到的结果非常明确。
张首晟所属的SLAC国家加速器实验室史丹福材料和能量科学研究所所长戴夫洛说，这项研究使寻找手性马约拉纳费米子的多年努力终于结束。
诺奖得主赞缔造里程碑
得过诺贝尔奖的麻省理工学院理论物理学家韦尔切克说，物理学者早就认为这项实验使用的材料能够制造出马约拉纳费米子，不过研究团队加入一些以前从未使用的因子，并得以清晰明确的观察到这种新的量子粒子，缔造真实的里程碑。
王康隆等实验团队接着依照张首晟的理论预测，成功发现了手性马约拉那费米子。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(Dan Brown)的小说及其电影“天使与魔鬼”(Angels & Demons)。
一个量子粒子能同时穿过两个狭缝。(取自史丹福大学视频)
张首晟谈起天使粒子，有正反的形式，很像中国的太极。(取自史丹福大学视频)
捕捉天使粒子的示意图。(取自网络)
量子计算机的运算十分复杂。(取自史丹福大学视频)