科学家发现天使粒子 基础物理开启新时代

张首晟

凤凰科技白杨

7月21日凌晨，张首晟及其团队在美国科学杂志上发表了一项重大发现：在整个物理学界历经80年的探索之后，他们终于发现了手性Majorana费米子的存在。

这一发现，验证了由意大利理论物理学家Ettore Majorana在80年前提出的预测——存在一类没有反粒子的粒子。同时也证明了存在一种比量子还小的单位，这将对现在的量子理论带来巨大的改变。

张首晟将这一新发现称为“天使粒子”。普通群众可能暂时难以理解这一发现，但是对基础物理界来说，这或将开启一个新的时代。

80年漫长的寻觅

1928年，英国理论物理学家保罗·狄拉克（Paul Adrie Maurice Dirac）提出了著名的狄拉克方程式。这一发现，从理念上预言了正电子的存在，狄拉克提出：宇宙中每一个基本粒子必然有相对应的反粒子。

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。

张首晟向凤凰科技表示：“根据以往的认知，我们似乎生活在一个充满正反对立的世界。比如有正数必有负数，有存款必有负债，有阴必有阳，有善必有恶，有天使必有恶魔。”

但是，在1937年，也就是整整80年前，Ettore Majorana做出这样一个大胆的猜测：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

从那开始，寻找这一神奇粒子也就成了物理学中许多领域研究工作的崇高目标。

在物理学里，存在两大分支，分别是粒子物理和凝聚态物理。

在粒子物理中，标准模型范畴外的中微子被认为最可能是Majorana费米子，而且这一猜测是有可能被“无中微子的beta双衰变”实验所验证。但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。

而在张首晟所研究的凝聚态物理中，Majorana费米子有可能作为某些新奇量子基态上的准粒子或元激发而存在。