一个由美籍华人科学家领导的研究团队发现了马约拉纳费米子存在的证据。马约拉纳费米子是一类没有反粒子的粒子，或者说正反同体的粒子。这一发现证实了意大利理论物理学家埃托雷·马约拉那在80年前的猜想，将会给当前的量子理论带来巨大的变化。美国斯坦福大学物理学教授张首晟作为资深作者之一，在《科学》杂志发表了一篇研究论文，和他的同事一起提出了关于马约拉纳费米子的实验计划，本次发现就是根据这项计划得以实现的。“我们的团队准确地预测了找到马约拉纳费米子的地方，以及应当寻找哪些东西来作为这种粒子存在的确凿证据，”张首晟说：“这一发现终结了基础物理学领域最全面的科学探寻之一，并且这种探寻已经跨越了80年。” 跨越80年的探寻1928年，英国理论物理学家保罗·狄拉克做出了一项惊人预测，即宇宙中的每个基本粒子必然有相对应的反粒子。他认为，当粒子和反粒子相撞时，它们会相互湮灭，进而释放出能量。几年后，美国物理学家菲利普·安德松偶然发现了第一个反物质粒子，即电子的反粒子-正电子。1937年，意大利物理学家埃托雷·马约拉纳预测，在一个名为费米子（包括质子、中子、电子、中微子和夸克）的粒子类别中，应该存在一类自身没有反粒子的粒子。斯坦福大学与加州大学联手合作，在加州大学欧文分校副教授夏晶和加州大学洛杉矶分校教授王康隆领导下，一个研究小组在实验室对奇特的物质进行了一系列实验，最终第一次发现了马约拉纳费米子存在的确实证据。马约拉纳的预测仅适用于不含电荷的费米子，如中子和中微子。科学家已经发现了中子的反粒子，他们有充分的理由相信中微子可能就是自己的反粒子。 寻找“准粒子”大约十年前，科学家意识到，在一些材料物理学实验中也可能会产生马约拉纳费米子。他们一直在寻找的是“准粒子”——由超导材料中电子的集体行为产生的粒子式激发，能够以100%的效率传导电力。根据爱因斯坦著名的E = mc2方程式，产生这些准粒子的过程类似于能量在真空中变成存在时间极短的“虚拟”粒子，并再次变回能量的方式。 虽然准粒子与自然界中发现的粒子不同，但它们仍然被认为是真正的马约拉纳费米子。在过去五年里，科学家通过这种方法取得了一些成功，并称他们在涉及超导纳米线的实验中看到了马约拉纳费米子存在的证据。目前正在开展四个关于检测中微子的实验计划，斯坦福大学物理学教授希奥尔希奥·格雷塔曾在其中一个实验的设计和规划方面发挥了重要作用，他表示，这些实验结果不太可能在确定中微子是否是其自身反粒子的方面产生影响。“他们观察到的准粒子基本上是在一种表现为马约拉纳粒子的材料中的激发。但是它们不是基本粒子，而是以人造的方式在一个专门的材料中制造出来的。” 获得诺贝尔奖只是时间问题张首晟说，这一著名费米子的探索研究的纯理论意义要远超实用性，但是，马约拉纳费米子将来可在构建功能强大的量子计算机方面产生实实在在的影响。由于每个马约拉纳费米子基本上只相当于亚原子粒子的一半，所以一个量子位的信息量可以存储在两个独立的马约拉纳费米子中，进而减少了一些可能扰乱它们的机会，同时也使得它们丢失了自身所携带的信息。汤姆森路透研究服务中心引述华人物理学家、1957年诺贝尔奖获得者、张首晟的博士生导师杨振宁的话预测说，张首晟获得诺贝尔物理学奖只是一个时间问题。这一新发现将有可能实现他们的预言。