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科學家成功探測到馬約拉納費米子蹤跡，4位中科院院士“站臺”，校長親自出席發佈會。6月22日下午，上海交通大學宣佈，該校賈金鋒教授科研團隊在實驗室裏成功捕捉到了一種物理學家尋找多年的神秘粒子——馬約拉納費米子。這種粒子既是困擾物理學界80多年的正反粒子同體的特殊費米子，也是未來製造量子電腦的可能候選對象。
美國東部時間6月21日(北京時間6月22日)，國際頂級物理學刊物《物理評論快報》(Physical Review Letters)線上發表了上海交通大學賈金鋒教授及其合作者的論文。通過巧妙的實驗設計，賈金鋒研究團隊率先觀測到了在渦旋中的馬約拉納費米子的蹤跡。
困擾物理學界80年的神秘粒子
在物理學領域，科學家把構成物質的最小、最基本的單位稱為基本粒子。在粒子世界裏，住著兩大家族：費米子家族(如電子、質子)和玻色子家族(如光子、介子)，它們分別以物理學家費米和玻色的名字命名。一般認為，每一種粒子都有它的反粒子，費米子和它的反粒子就像一對長相一模一樣，但脾氣完全相反的雙胞胎兄弟，兩兄弟一見面就“大打出手”，産生的能量甚至會讓它們瞬間湮滅。
然而在1937年，義大利物理學家埃托雷·馬約拉納預言，自然界中可能存在一類特殊的費米子，這種費米子的反粒子不但和自己長相一樣，脾氣也完全相同。可以説，它們的反粒子就是自己本身，這種費米子被稱為馬約拉納費米子。粒子物理標準模型裏的中微子是一種可能的馬約拉納費米子。但是，要證明這一點卻非常困難——必須觀察到一種所謂的無中微子雙貝塔衰變現象。過去近80年中，物理學家一直都未找到馬約拉納費米子存在的證據。
2016年初，中國的科學家終於發現了這類神秘粒子存在的跡象。上海交通大學賈金鋒教授研究組與浙江大學許祝安、張富春研究組，南京大學李紹春研究組及美國麻省理工學院傅亮教授等合作的研究團隊，率先觀測到了在拓撲超導體渦旋中存在馬約拉納費米子的重要證據。
“事實上，我們所發現的馬約拉納費米子並不是一個傳統意義上的粒子，而是一種準粒子，但它同樣符合馬約拉納的預言。”賈金鋒表示。
“準粒子是凝聚態物理中一個重要概念，它是描述某種體系中大量粒子集體行為的一種方法，也就是説把傳統意義上的某種粒子的集體行為的某些表現，看作是一個粒子的行為(即準粒子)。這樣可以大大簡化模型，便於正確表述某些具體物理現象的物理機理。”賈金鋒介紹，粒子和準粒子的關係就像球員和球隊的關係——一支足球隊中每個球員可以看作是傳統意義上的粒子，球員之間相互配合可以看作是粒子之間的非常複雜的相互作用，雖然每個球員都有自己的特色，但整體上球隊卻會表現出來一個統一的風格。“我們可能不了解隊中每個球員的特點以及球員之間的配合情況，但是他們整支球隊卻像一個準粒子一樣可以比較簡單地被認識”。
