華人科學家找到天使粒子 追尋80年馬約拉納費米子正反同體 比量子還小 量子理論巨變 開啟基礎物理新時代

讓量子計算成為現實

史丹福大學在新聞稿中表示，發現馬約拉納費米子是繼發現「上帝粒子」(希格斯波色子)、中微子、引力子之後的又一重大理論發現，而且具有潛在的應用價值—讓量子計算成為現實；這將對現在的量子理論帶來巨大的改變，這對基礎物理界來說，可望開啟一個新的時代。「我們的團隊正確預測能在哪裡找到馬約拉納費米子，以及尋找什麼現象。這項發現結束了基本物理學一項持續整整80年的最密集研究。」張首晟說，這種追尋的知識性質似乎重於實用性質，卻可能實際應用於製造威力強大的量子電腦，雖然這種展望還很遙遠。在物理學領域，構成物質的最小、最基本的單位被稱為「基本粒子」。它們是在不改變物質屬性前提下的最小體積物質，也是組成各種各樣物體的基礎。基本粒子又分為兩 種：費米子和玻色子，分別以美國物理學家費米和印度物理學家玻色的名字命名；東方西方哲學家都認為，人類似乎生活在一個充滿正反對立的世界：有正數必有負數，有陰必有陽，有善必有惡，有天使必有惡魔。

1928年，理論物理學家狄拉克(Paul Dirac)作出驚人預言：宇宙中每一個基本費米粒子必然有相對應的反粒子；根據愛因斯坦E=MC²的質能公式，當一個費米子遇上它的反粒子，它們會相互抵銷，使兩個粒子的質量消失，並釋出能量。從此以後，宇宙中有粒子必有其反粒子被認為是絕對真理。然而，物理學界也在探尋一類沒有反粒子的粒子，或者說正反同體的粒子；1937年，義大利理論物理學家馬約拉納在他的論文中猜測有這樣神奇的粒子存在，即科學界今天所稱的馬約拉納費米子。這個研究團隊觀察的粒子是一種「手性」費米子，因為它只在一維層面途徑沿著一個方向移動。研究人員說，製造這種費米子的 實驗很難設計、設立和進行，可是得到的結果非常明確。張首晟所屬的SLAC國家加速器實驗室史丹福材料和能量科學研究所所長戴夫洛說，這項研究使尋找手性馬約拉納費米子的多年努力終於結束。

「科學」(Science)雜誌21日發表的最新論文，宣示一項重大物理學突破：由爾灣加州大學副教授夏晶和洛杉磯加州大學教授王康隆主持的研究團隊，根據史丹福大學物理教授張首晟提出的計畫，在加州大學實驗室對各種奇特材料進行連串實驗，首次發現正反同體的「天使粒子」—馬約拉納費米子（Majorana fermion）存在的證據，從而結束了國際物理學界對這一神秘粒子長達80年的漫長追尋。

諾獎得主讚締造里程碑

曾獲諾貝爾獎的麻省理工學院理論物理學家韋爾切克說，物理學者早就認為這項實驗使用的材料能夠製造出馬約拉納費米子，不過研究團隊加入一些以前從未使用的因子，並得以清晰明確的觀察到這種新的量子粒子，締造真實的里程碑。王康隆等實驗團隊接著依照張首晟的理論預測，成功發現了手性馬約拉納費米子。張首晟將這一新發現的手性馬約拉納費米子命名為「天使粒子」，這個名字來源於丹‧布朗(Dan Brown)的小說及其電影「天使與魔鬼」(Angels & Demons)。