今天物理學又迎來了一項劃時代的發現——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馬約拉那費米子，他們將它命名為「天使粒子」，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。
這一發現刊登在今天出版的世界最權威學術期刊之一《科學》雜誌上。
該成果由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，署名作者有何慶林、寇煦豐、張首晟、王康隆，均為華人科學家。
物理學界有一份表單，囊括了那些人類夢寐以求的神秘粒子，其中就有希格斯波色字，也就是最近在歐洲粒子加速器中被發現的「上帝粒子」，表單中還有引力子、磁單極、暗物質和馬約拉那費米子，相較其他粒子而言，馬約拉那費米子或許更加神秘。
我們似乎生活在一個充滿正反對立的世界：有正數必有負數，有存款必有負債，有陰必有陽，有善必有惡，有天使必有惡魔。
狄拉克和刻在他墓碑上的方程
1928年，偉大的理論物理學家狄拉克作出驚人的預言：宇宙中每一個基本粒子必然有相對應的反粒子。幾年之後，正電子果然在宇宙射線中被發現，驗證了有史以來最偉大的理論預言之一。
當一個粒子遇上它的反粒子時，根據愛因斯坦E=mc的質能公式，它們會相互湮滅從而將所有質量釋放出成能量。
電影《天使與魔鬼》海報
美國作家丹 · 布朗的小說及其電影《天使與魔鬼》就描述過這樣的正反粒子湮滅爆炸的場景，張首晟十分喜歡這本小說，也是「天使粒子」命名的靈感來源。
從此以後，宇宙中有粒子必有其反粒子被認為是永恆不變的真理。
義大利理論物理學家埃託雷·馬約拉那
1937年，也就是80年前，偉大而神秘的義大利理論物理學家埃託雷 · 馬約拉那，猜測有這樣神奇粒子的存在，這也就是我們今天所稱的馬約拉那費米子。不幸的是，他本人做出這一猜測後在一次乘船旅行中神秘失蹤。
自此以後，尋找這一神奇粒子成為了物理學家門夢寐以求的探索目標。尋找這一神奇粒子也就成了物理學中許多領域研究工作的崇高目標。
今日之成果建立在量子反常霍爾效應之上
困擾了物理學界80年的難題是怎樣被破解的？張首晟認為，任何科研工作都是建立在已有成果的基礎上。天使粒子的發現，得益於先前對量子反常霍爾效應的探索，也是理論和實驗結合的成果。
最初，張首晟按常理做了一項推斷：既然馬約拉那費米子只有粒子、沒有反粒子，那麼它就相當於傳統粒子的一半。他很快意識到，「一半」的概念就是解決問題的關鍵。
早在2008年，張首晟理論就預言了量子反常霍爾效應，這一預言在2013年被清華大學教授薛其坤領銜的清華大學物理系和中科院物理研究所聯合組成的實驗團隊證實。
在實驗中，隨著調節外磁場，反常量子霍爾效應薄膜呈現出量子平臺，對應著1、0、-1倍基本電阻單位e2/ h。也就是說，量子世界裡的電阻是量子化的，它只能整數倍地跳臺階。
這給了張首晟一個靈感：馬約拉那費米子是通常粒子的一半，既然通常的粒子按整數跳，馬約拉那費米子或許就是按半整數跳——它一定會呈現出一個奇特的、「1/2的臺階」。
由此，他預言手性馬約拉那費米子存在於一種由量子反常霍爾效應薄膜和普通超導體薄膜組成的混合器件中。當把普通超導體置於反常量子霍爾效應薄膜之上時，臨近效應使之能夠實現手性馬約拉那費米子，相應的實驗中會多出全新的量子平臺，對應1/2倍基本電阻單位e2/ h。
張首晟團隊提出的搜尋馬約拉那費米子的實驗平臺：由量子反常霍爾效應薄膜和普通超導體薄膜組成的混合器件。
在後續的實驗驗證中，激動人心的成果出現了：王康隆等實驗團隊確實看到了「1/2的臺階」。這半個基本電阻來源於馬約拉那費米子作為半個傳統粒子的特殊性質，因此，多出來的半整數量子平臺為手性馬約拉那費米子的存在提供了有力的印證。
王康隆實驗團隊等在與張首晟理論團隊合作下所測量到的與理論預測符合的半量子電導平臺，這為馬約拉那費米子的發現提供了直接而有力的實驗證據。
恩師楊振寧曾評價他「獲諾獎只是時間問題」
幾天前，張首晟回到北京為恩師楊振寧慶祝95歲壽辰。
1987年張首晟博士畢業時與楊振寧的合影
1996年，年僅33歲的張首晟被評為史丹福大學終身教授。他發現的「量子自旋霍爾效應」曾被《科學》雜誌評為當年的「全球十大重要科學突破」之一。
憑藉拓撲絕緣體和量子自旋霍爾效應兩項理論的發現，他在2010年獲歐洲物理學會頒發的歐洲物理獎，除此之外他幾乎包攬了物理界所有重量級獎項，包括歐洲物理獎、美國物理學會巴克萊獎、國際理論物理學中心狄拉克獎等。2014年獲得美國富蘭克林獎。
張首晟多年被湯森路透預測會得到諾貝爾獎，楊振寧則評價「他獲得諾貝爾獎只是時間問題」。不知道天使粒子的發現，是否能讓張首晟眾望所歸。
張首晟2012年獲得狄拉克獎
從基本科學發現到技術應用往往需要多年時間，張首晟教授表示：
「基本科學的發現最終總會造福人類，需要有足夠的耐心。探尋宇宙、自然深刻規律時，對於天使粒子巡遊的量子天堂充滿了興奮與期待，拓撲量子計算能夠解決當下人類面對最艱難的一些問題， 從而迎來一個完美世界。」
張首晟還擁有很多標籤：史丹福大學終身教授、中國科學院外籍院士、美國國家科學院院士、丹華資本創始人……
今年3月，張首晟在接受鳳凰衛視《名人面對面》欄目專訪時，被問到如何平衡科研與風投時曾表示：
「我有的時候也是開個玩笑做一個比喻。就是這個真正完美的世界是一個量子的世界。量子世界的粒子，它的確是可以百分之百、平行地做兩件事情，所以我想人生其實也可以達到這種境界。」
科學有高度的濃縮，物理之所以美，E=mc，愛因斯坦偉大的公式，它小可以小到一個原子，大可以大到整個一個宇宙。
因在科學領域的卓越貢獻，2017年3月31日張首晟教授獲頒「2016-2017影響世界華人大獎」。獲獎後的張首晟現場分享了自己從一個物理學家的角度對「世界因你而美麗」的理解。
他說起自己在德國留學時，曾去參觀了埋葬許多偉大物理學家和數學家的墓地。他們的墓碑簡單卻特殊，上面刻著他們的名字、出生年月和一行文字。他們一生的最高成就濃縮成了一個公式，如海森堡的墓上刻著"測不準原理"的公式。
「這些人的發現，能夠與日月同輝。當我們把一生奉獻給科學，能夠通過一個簡單的分子看到整個宇宙的複雜時，這個世界是特別美麗的。」
綜合：人民網等
編輯：倪塑