華裔科學家驚人發現：「天使粒子」

斯坦福大學終身教授張首晟

據英國《獨立報》報道，美國華裔物理學家公布一項重大發現，即發現了手性馬約拉納費米子的存在，驗證了由一位義大利理論物理學家在80年前提出的預測——存在一類沒有反粒子的粒子。

1937年，義大利理論物理學家埃托雷·馬約拉納（Ettore Majorana）預測了一種稱為「費米子」（fermions）的奇怪粒子的存在，這些粒子擁有自己的反粒子。

馬約拉納當時預測，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馬約拉納費米子，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。

而現在，研究人員在著名科學雜誌《科學》的一篇文章中報告說，他們已經找到「費米子」的首個證據。

來自UCLA（由何慶林、王康隆教授領導）和UC Irvine（由夏晶教授領導）的兩個實驗團隊，和斯坦福大學終身教授張首晟（Shoucheng Zhang）的理論團隊重要做出這一重大發現，在所提出的器件中實驗上發現了手性馬約拉納費米子。

張首晟根據丹·布朗（Dan Brown）拍攝的驚悚影片《天使與惡魔》中一個由物質和反物質構成的炸彈，把新發現的粒子稱為「天使粒子」（Angel Particle）。

張首晟教授制定實驗計劃並進行實驗之後，他說：「我們的團隊預測在哪裡可以找到馬約拉納費米子。這個發現總結了基礎物理學中最密集的探索之一，這跨越了80年。」

據認為，「費米子」的存在可以用於幫助實現量子計算機技術革命，這是一種比現有計算機強大許多倍的技術革命。其他科學家稱這項研究是一個突破口。

量子世界本質上是并行的，一個量子粒子能夠同時穿過兩個狹縫。所以量子計算機能夠進行高度并行的量子計算，遠比經典計算機有效。

但是一個量子比特的信息非常難以存儲，微弱的環境雜訊都能夠毀滅其量子特性。但馬約拉納費米子沒有反粒子，提供了一種絕妙的可能性：一個量子比特能夠存儲在兩個距離十分遙遠的馬約拉納費米子上。這樣存儲在遠離的兩個馬約拉納費米子上的拓撲量子比特，本質上極其穩固。

麻省理工學院的理論物理學家、諾貝爾獎獲得者Frank Wilczek教授說：「這看起來是一個非常新穎而清晰觀察事物的方法。由於物理學家已經想到了這個實驗中使用的材料種類可能會產生馬約拉納費米子，所以這根本不奇怪。但是他們把以前從未被放在一起的幾個元素組合在一起，並且工程化製造了這樣一種新的量子粒子，可以用一個清晰、健壯的方式來進行觀察是一個真正的里程碑。」

斯坦福大學湯姆·德維奧教授（Professor Tom Devereaux）也表示：「這項研究最終會導致多年來一直尋找的手性馬拉尼亞費米子。這將是該領域的里程碑。」