張首晟發現天使粒子?那麼誰是馬約拉納?……

2021-01-15 荔枝網新聞

  2017年7月20日,著名物理學家張首晟及其研究團隊召開新聞發布會,宣布他們在美國的《科學》雜誌上發表了一項重大發現。這個重要發現是:在整個物理學界歷經80年的探索之後,他們終於發現了手性馬約拉納費米子的存在——這個新發現的粒子,被張首晟院士命名為「天使粒子」。

  這裡瞬間就出現了兩個物理學家的名字:「費米」與「馬約拉納」。其中對於費米大家都比較熟悉,他是實現人工核反應堆(原子彈)的首席科學家,也是李政道先生在芝加哥大學讀博士時候的博士論文導師,那麼,問題來了——

  誰是馬約拉納?

  假如你去一個海濱城市,在某個浪漫曖昧的夜晚,徐徐海風吹拂之下,一些遊輪餐廳也許會放著這樣的音樂,那是Rod Stewart 的《SAILING 》:

  I am sailing, I am sailing ……cross the sea.

  I am sailing stormy waters, ……

  ……

  I am dying……

  其實,這首歌是非常適合來描述馬約拉納這個人的呢。

  事情還要從20世紀20年代中期說起,那是在物理學的復興之路上的義大利,伽利略的物理學後裔費米在義大利開始經營他的新羅馬帝國。當時, 費米在羅馬大學組建了一個物理研究所,這個組裡匯集了一批義大利當時最優秀的青年物理學家,21歲的帥哥馬約拉納也在這個研究組裡。

馬約拉納

  當時他倆都是只有二十幾歲,夢想都很大,說話也很隨便。

  馬約拉納說:「每隔500年才有一個類似阿基米德或牛頓這樣的科學家出現,而每隔100年就會有1至2個愛因斯坦和玻爾這樣的人出現。」

  費米說:「那費米是幾百年出一個?」

  馬約拉納說:「我們談的是愛因斯坦與玻爾……」

  馬約拉納是一個很有天賦的物理學家,他的分析與計算能力對整個研究組的幫助很大。

  只要有他在的地方,就沒有人會用計算尺和筆算。馬約拉納能夠口算出243的平方根乘以578的立方根等於多少這樣的數學題……費米和他曾有過一場計算能力的PK,費米用紙筆尺,馬約拉納只用腦子,然後比賽結果是平局……而眾所周知,費米的計算能力也是非常強的:後來在美國爆炸原子彈的時候,他就站在很遠之外,手裡拿張紙,撕成碎紙片。原子彈的衝擊波來了,他把紙一扔,然後根據紙片被捲走的高度、速度和距離計算原子彈釋放的能量值。衝擊波走了,費米就算出來了,而且計算出來的結果和精密儀器測試的結果不相上下……

  馬約拉納對自己的研究工作自我要求很高,他很少發表研究成果,除非他本人覺得研究結論已經無可挑剔。

  一九二九年,費米研究組的成員之一瑞薩緹(Franco Rasetti)在美國加州理工學院進行訪問研究時,測量了氮原子核的自旋數,其結果是「一」,這讓當時的物理學家很費解。馬約拉納立刻意識到原子核應該是由帶正電的質子和一種不帶電的、質量與質子相近且自旋亦為二分之一的粒子所組成。他把這種粒子叫做 「中性質子」,也就是人們後來發現的中子。具體到氮原子核,其組成應為七個質子加七個「中性質子」。他同時也意識到,為了使原子核不致因內部的質子們 「同性相斥」而分崩離析,核內一定存在一種比電磁力強得多的相互作用力,他稱之為「交換作用力」——這就是後來人們所說的強相互作用力。不過可惜的是,馬約拉納這個人非常低調,甚至有些消極,他沒有發表這些結果。

  幾個月後,俄國的一個名字叫伊萬年科(Dmitri Ivanenko)的物理學家也認識到了中子的存在,發表了相關的文章。費米抱怨他坐失良機,,馬約拉納也僅僅只一笑置之——從這裡也許可以看出馬約拉納是一個比較淡漠的青年,可能還有點抑鬱,從這裡倒可以解釋他具有某種先天的自殺傾向。

  馬約拉納之死

  1932年,馬約拉納辭去了在羅馬大學物理研究所的職位,開始了長達四年幾乎足不出屋的「閉關」生活。

  1938年3月25日他給家人和他任職的那不勒斯大學物理研究所所長卡瑞利(Antonio Carrelli)各留了一封信後,就登上了一艘開往西西里首府巴勒莫的郵船。一般人和警方都把這兩封信解讀為絕命書——因為從此以後馬約拉納就在人間消失了。

  自殺?

  他殺?

  溺水?

  有兩件事令人費解——他在去巴勒莫之前支領了半年的薪水並帶走了所有重要的科研筆記,這不像一個準備自殺之人所為,看起來更像是去「龍泉寺」隱居的。在他平安抵達了巴勒莫以後,又發了一封電報和一封信給卡瑞利。電報僅一句話「別緊張,信隨後就到」,在他的信裡則明確說他放棄了自殺的念頭。

  根據售票記錄,他確實買了返回那不勒斯的船票,而且有個同艙人(三人住一間艙房)曾作證說,他在那不勒斯下船時,馬約拉納還在艙裡睡覺。

  但馬約拉納從人間蒸發的事情真的不好解釋。沒人確切知道他是否在那不勒斯下了船。這種不確定的結局,為後人留下了想像的空間。

  以致幾十年來不斷有人宣稱在世界的不同角落遇見過馬約拉納,版本之一是:在上世紀六十年代初,馬約拉納經常在智利的一個小酒館裡吃飯,還在餐巾紙上演算數學問題——這難道是從義大利漂流到了南美洲了?也有人說馬約拉納是出家當和尚了。

  時至今日,義大利人也沒有忘記他。他多次成為科幻小說或電影的主角,甚至還有關於他的科幻連環畫集。在連環畫裡,馬約拉納的結局最為輝煌——被外星人接走了!

  總之,很多年以後,馬約拉納跳上帆船出去航海,……馬約拉納消失在海平面之下。這就應了本文開頭的那個歌詞,I am sailing, I am dying。

  張首晟是不是楊振寧的學生?

  在中國媒體的報導中,張首晟教授一般被描述為是楊振寧院士的學生。

  比如,蝌蚪君用百度查了一下:

百度裡寫著張首晟師從楊振寧攻讀博士學位。

  蝌蚪君又查了一下wiki百科。

  萬萬沒想到啊:張首晟的博士導師不是楊振寧!

  為什麼叫「天使粒子」?

  那麼,這次張首晟他們發現的手性馬約拉納費米子為什麼取了一個名字叫「天使粒子」呢?

  這裡面可能有好幾個原因,蝌蚪君給大家來分析解讀一下:

  首先,是因為馬約拉納費米子是很特殊的,一般的粒子都是既有正粒子又有反粒子,比如電子與正電子是不同的。但是,馬約拉納費米子的特點是正粒子就是反粒子。所以,天使與魔鬼集成在同一個粒子身上了,因此取名叫天使粒子。不過,從這個角度來說,這個粒子的取名也可以換成「魔鬼粒子」,意思也是一樣的——因此還需要其他理由。

  其次,是因為有一個希格斯粒子被稱為上帝粒子,於是,為了與上帝對應,現在搞出了一個天使粒子。

  最後,有可能是因為馬約拉納本身就是一個折翼的天使。

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