天使粒子是不是真实的粒子?天使粒子是梦幻还是现实

一项新的研究显示 , 2017年研究发现的“马约拉纳费米子”——手性马约拉纳费米子模 , 也被成为“天使粒子” , 可能仅仅是虚惊一场 。
2020年1月3日 , 由宾夕法尼亚州立大学常翠祖领导的团队在《科学》期刊发表文章 , 该团队研究了超过36种类似于2017年成果报告中用于产生“天使粒子”的设备样本 , 却得到不同的结果 , 在相似的实验平台中观测的结果并非由于“天使粒子”导致 。
“天使粒子”的概念由中科院外籍院士、美国斯坦福大学与清华大学教授张首晟提出 。2017年 , 王康隆、张首晟等多位华人科学家共同完成一项工作首次报道 , 发现了手性马约拉纳费米子模 , 也被称为“天使粒子” , 引起学术界广泛关注 。
在粒子物理领域 , 马约拉纳费米子是一种非常特殊的粒子 , 对应的反粒子就是其本身 。因为其独特的性质可以用来建造拓扑量子计算机 , 所以物理学家对马约拉纳费米子有着极大的兴趣 。
马约拉纳费米子 正反同体
物理学中 , 构成物质最小、最基本的单位被称为“基本粒子” 。它们是在不改变物理属性前提下最小体积物质 。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 。基本粒子要比原子、分子小得多 , 现有最高倍的电子显微镜也不能观察到 。
1928年 , 物理学家狄拉克预言:宇宙中的每个基本粒子都有一个与其对应的反粒子——电荷相反的“双胞胎” 。当粒子与反粒子相遇时 , 他们会湮灭 , 同时释放出能量 。几年后第一个反物质——电子的反粒子被发现 。从此 , 宇宙中有粒子必有其反粒子被认为是绝对真理 。
不过 , 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 , 意大利物理学家埃托雷·马约拉纳(Ettore Majorana)猜测 , 在费米子这类粒子中 , 应该有一些粒子 , 自己就是自身的反粒子 , 即我们今天所称的“马约拉纳费米子” 。


天使粒子是不是真实的粒子?天使粒子是梦幻还是现实

文章插图
意大利物理学家埃托雷·马约拉纳
马约拉纳费米子一直有个“最佳嫌疑人” , 就是中微子 , 不过 , 证明这一点需要进行无中微子的beta双衰变实验 , 人类暂时还没有能力达到相应的实验精度 。因此 , 一些科学家将目光从粒子物理转向凝聚态物理 。
凝聚态物理学研究的是大量粒子组成的凝聚态结构 , 一般无法直接观测到单个粒子 。不过 , 固体材料(比如金属、非金属、半导体、超导体)内部的自由电子 , 在合适的磁场、压力、温度等外部条件下 , 会产生特定的集体活动趋势 , 可以看作是一个“准粒子” 。
“准粒子”实际上是一种复杂系统的一种物理现象 , 它虽然不是“真”的粒子 , 但是其行为就像是一个粒子 。
若马约拉纳费米子被证实 可助力拓扑量子计算机发展
若马约拉纳费米子的猜想被证实 , 其在拓扑量子计算机的构建方面 , 将发挥巨大作用 。根据笔者查询的资料 , 武汉大学的学者于2017年在《中国经济报告》发表一篇题为“正反同体的‘天使粒子’”文章 , 就较为详细地指出马约拉纳费米子在量子计算中的作用 。