人類大突破 華裔科學家發現「天使粒子」

2017年07月21日     20319     檢舉

由四位華人科學家領銜的科研團隊發現了「天使粒子」——馬約拉那費米子。這一發現具有重要的潛在應用價值:讓量子計算成為現實。

發現馬約拉那費米子是繼發現「上帝」粒子(希格斯波色子)、中微子、引力子之後的又一里程碑發現。人類已經對「天使粒子」追尋了長達80年。

相關論文發表在7月21日出版的《科學》雜誌上。

人類大突破 華裔科學家發現「天使粒子」

「天使粒子」的發現讓量子計算成為可能,圖為量子衛星通信實驗(圖源:新華社)

該成果由美國加利福尼亞大學洛杉磯分校王康隆課題組和美國史丹福大學教授張首晟課題組、上海科技大學寇煦豐課題組等多個團隊共同完成,通訊作者為何慶林、寇煦豐、張首晟、王康隆,均為華人科學家。

諾貝爾獎獲得者Frank Wilczek評價稱:張首晟與團隊設計了全新的體系, 並在實驗中清晰地測量到馬約拉那費米子,這真是一項里程碑的工作。

找到天使粒子有什麼現實意義?張首晟指出,從基本科學發現到技術應用往往需要多年時間,但天使粒子的發現意味著量子計算已成為可能。

張首晟解釋說,量子世界本質上是平行的,一個量子粒子能夠同時穿過兩個狹縫。因此,量子計算機能夠進行高度並行的計算,遠比經典計算機有效。以算術問題為例,如果給出一個很大的數字,問這個數字能否拆成兩個數字的乘積,那麼經典計算機只能用窮舉法逐一嘗試整除計算,而量子計算機可以在一瞬間同時完成所有可能項的測算。

公開資料顯示:天使粒子一般指馬約拉納費米子,馬約拉納費米子是一種費米子,它的反粒子就是它本身。與此相反,狄拉克費米子(Diracfermion)則是指反粒子與自身不同的費米子。

這一概念由埃托雷·馬約拉納於1937年提出,他對狄拉克方程式改寫得到了馬約拉納方程式,可以描述中性自旋1/2粒子,因而滿足這一方程的粒子為自身的反粒子。

除了中微子以外,所有標準模型的費米子的物理行為在低能量狀況與狄拉克費米子雷同(在電弱對稱性破壞後),但是中微子的本質尚未確定,中微子可能是狄拉克費米子或馬約拉納費米子。在凝聚體物理學裡,馬約拉納費米子以准粒子激發的形式存在於超導體里,它可以用來形成具有非阿貝爾統計的馬約拉納束縛態。

2017年7月,由4位華人科學家領銜的科研團隊終於找到了正反同體的「天使粒子」——馬約拉納費米子,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。

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