探索神秘的「天使粒子」(科技大觀)

2020-12-03 人民網

　　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，有天使也有惡魔。宇宙的最小物質組成部分——基本粒子也是一樣。1928年，英國理論物理學家狄拉克曾做出驚人的預言：宇宙中每一個基本粒子必然有其相對應的反粒子。

　　幾年後，科學家在宇宙射線中發現與電子相反的正電子，驗證了這一預言。根據愛因斯坦E=mc2的質能公式，當一個粒子遇上它的反粒子時，它們會相互湮滅從而釋放出巨大能量。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。

　　自此，宇宙中有粒子必有其反粒子，被認為是永恆不變的真理。但是，宇宙中會不會還存在著這樣一類粒子：它們沒有反粒子，或者說其自身就是自己的反粒子？1937年，義大利理論物理學家埃託雷·馬約拉納猜測，這種神奇的粒子可能存在，這也就是我們今天所稱的馬約拉納費米子。此後，諸多物理學家將尋找這種粒子奉為物理學研究的一項崇高目標。物理學中有一份表單，囊括了人類夢寐以求的神秘粒子，其中就包括馬約拉納費米子。

　　2010至2015年間，筆者與團隊曾預測了找到馬約拉納費米子的途徑，並指出哪些實驗信號能夠作為證據。根據理論預測，筆者的團隊與來自加利福尼亞大學的其他三個實驗團隊合作，最終發現了手性（一維空間單向運動）馬約拉納費米子。類比丹·布朗所描述的正反粒子湮滅爆炸的小說《天使與魔鬼》，筆者提出將新發現的手性馬約拉納費米子稱為「天使粒子」。這一發現已發表在近期的《科學》雜誌上。

　　「天使粒子」的發現，有望為構造穩固的拓撲量子計算機提供更多可能性。量子世界本質上是並行的，因此量子計算機能夠進行高度並行的量子計算，遠比經典計算機有效。例如，在一個高難度的計算問題上，傳統計算機只能運用窮舉法，逐一列出可能項並加以計算，而量子計算機則可以同時完成所有可能項的計算。然而，一個量子比特（量子信息的基本單位）的信息非常難以存儲，微弱的環境噪聲都能夠毀滅其量子特性。

　　由於「天使粒子」沒有反粒子，或者說它相當於半個傳統粒子，這便提供了一種絕妙的可能：我們可以將一個量子比特一分為二、存儲在兩個距離十分遙遠的「天使粒子」上。傳統的噪聲只有在同一時間、又以同樣的方式影響這兩個「天使粒子」，才能毀滅所存儲的量子信息，而這是極其難以實現的。因此，通過這樣的方式存儲在遠距離「天使粒子」上的量子比特，本質上極其穩固。有了這一發現，未來真正有效的量子計算將有望成為現實。

　　當然，從基本科學發現到技術應用往往需要多年時間，但是筆者對於「天使粒子」所在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臨的一些最艱難的問題，繼而創造一個更加美好的世界。

　　（作者為美國史丹福大學終身教授）

　　《 人民日報 》（ 2017年07月27日 22 版）

(責編：袁勃)

深度閱讀

國際輿論：切爾西俱樂部和甘迺迪的「道歉」缺少真誠效力於英國超級聯賽冠軍切爾西足球俱樂部的球員甘迺迪在其社交媒體上發布了一段含有侮辱中國詞彙的視頻，遭到中國球迷的嚴正抗議。事後，甘迺迪本人和切爾西足球俱樂部相繼對此事道歉，並刪除了視頻。在英國媒體的報導中，切爾西俱樂部和甘迺迪的道歉被打上了引號，敷衍了事的道歉一看便知。【詳細】

40餘位中國女駐外大使閃耀外交舞臺7月初，中國駐丹麥大使鄧英履新。自1985年進入外交部任職後，鄧英先後擔任中國駐洛杉磯總領館擔任副總領事、駐克羅埃西亞大使和駐丹麥大使。期間還曾擔任外交部禮賓司副司長。至此，新中國女性駐外大使累計已有四十餘位。【詳細】

相關焦點

  • 史丹福大學華人教授張首晟探索神秘「天使粒子」
    史丹福大學華人教授張首晟探索神秘「天使粒子」 2017年07月27日 11:05   來源：人民日報   參與互動
  • 張首晟團隊宣布發現天使粒子-神秘的Majorana費米子
    新浪科技訊 7月21日消息，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、丹華資本創始人張首晟在北京舉辦記者招待會宣布了Majorana費米子的發現，將這種神秘粒子命名為「天使粒子」，該發現刊登於世界最權威學術期刊之一
  • 「上帝粒子」之後 華人科學家找到了「天使粒子」
    據人民網（603000）7月21日報導，物理學迎來重大突破：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」——馬約拉那費米子(Majorana fermion)，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。　　相關論文發表在今天出版的《科學》雜誌上。
  • 王康隆教授談發現「天使粒子」實驗過程
    21日被華人科學家團隊首次發現並公布的馬約拉納費米子，張首晟根據《天使與魔鬼》的內容將其稱為「天使粒子」。他指出，在馬約拉納費米子的「量子世界」中，只有天使，沒有魔鬼。但主導這次研究的加州大學洛杉磯分校教授王康隆，接受科技日報記者採訪時認為，馬約拉納費米子正反同體，就像道家的陰陽八卦圖一樣，因此叫「太極粒子」可能更貼切。
  • 物理學重大突破:科學家找到「天使粒子」
    人民網北京7月21日電 （洪蔚琳、趙永新）物理學迎來重大突破：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」——馬約拉那費米子，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。 相關論文發表在今天出版的《科學》雜誌上。
  • 張首晟等科學家宣布找到「天使粒子」
    這是物理學家夢寐以求的神秘粒子之一，還有四大神秘粒子尚待證實：引力子、磁單極、暗物質和Majorana費米子。而就在今天，史丹福大學教授張首晟與他的兩個實驗團隊發現並證實了「Majorana費米子」的存在。
  • 王康隆教授談發現「天使粒子」實驗過程—新聞—科學網
    21日被華人科學家團隊首次發現並公布的馬約拉納費米子，張首晟根據《天使與魔鬼》的內容將其稱為「天使粒子」。他指出，在馬約拉納費米子的「量子世界」中，只有天使，沒有魔鬼。但主導這次研究的加州大學洛杉磯分校教授王康隆，接受科技日報記者採訪時認為，馬約拉納費米子正反同體，就像道家的陰陽八卦圖一樣，因此叫「太極粒子」可能更貼切。
  • 華人科學家領銜團隊找到「天使粒子」
    物理學迎來重大突破：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」——馬約拉那費米子，從而結束了國際物理學界對這一神秘粒子長達
  • 「天使粒子」發現者張首晟逝世
    2007年，其發現的「量子自旋霍爾效應」被《科學》雜誌評為「全球十大重要科學突破」之一；2017年，其發現的「天使粒子」解決了困擾量子物理學80年的難題。　　2009年，張首晟入選「千人計劃」，並被清華大學特聘為教授，在楊振寧先生創辦的高等研究院工作。
  • 「上帝粒子」之後,物理學再迎重大突破!華人科學家找到了「天使粒子」
    fermion），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。1937年，義大利理論物理學家埃託雷·馬約拉那（Ettore Majorana）在他的論文中猜測有這樣神奇的粒子存在，即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們夢寐以求的探索目標。科學家們認為，在粒子物理中，標準模型範疇之外的中微子可能是馬約拉那費米子。
  • 「天使粒子」告訴你,科學大突破!
    趙永新攝來源：人民網物理學迎來重大突破：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」——馬約拉那費米子，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。　　相關論文發表在今天出版的《科學》雜誌上。
  • 科學家發現天使粒子 基礎物理開啟新時代
    張首晟鳳凰科技白楊7月21日凌晨，張首晟及其團隊在美國科學雜誌上發表了一項重大發現：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Majorana費米子的存在。
  • 楊振寧空降《我是未來》 張首晟講解天使粒子
    原標題：楊振寧空降《我是未來》 張首晟講解天使粒子 　　 原創科技秀《我是未來》臨近尾聲，此前擬邀科學嘉賓中，網友呼聲極高的世界著名物理學家、首位獲得諾貝爾獎的華人科學家楊振寧，本周終於將隆重亮相。
  • 物理學再迎重大突破-張守晟找到了「天使粒子」!
    」——馬約拉那費米子（Majorana fermion），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。1937年，義大利理論物理學家埃託雷·馬約拉那（Ettore Majorana）在他的論文中猜測有這樣神奇的粒子存在，即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們夢寐以求的探索目標。科學家們認為，在粒子物理中，標準模型範疇之外的中微子可能是馬約拉那費米子。
  • 天使粒子正反同體為啥不煙滅?
    從昨天開始，物理學界曝出一條大新聞，四位華人科學家領銜的團隊找到了正反同體的「天使粒子」——馬約拉那費米子，這一歷史性突破結束了國際物理學界對這一神秘粒子長達
  • 「上帝粒子」之後,科學家又發現了「天使粒子」
    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、丹華資本創始人張首晟在北京舉辦記者招待會宣布了Majorana費米子的發現，將這種神秘粒子命名為「天使粒子」，該發現刊登於世界最權威學術期刊之一《科學雜誌》上。
  • 是天使粒子還是太極粒子?第一作者何慶林有話說
    網易科技獨家專訪了該論文（《量子反常霍爾效應絕緣體-超導體結構中的手性馬約拉納費米子邊緣模》）第一作者——何慶林，同時也是設計和組織安排這一實驗的主導者，也是擁有該實驗版權的作者之一，更是一位正在規劃回國工作的中國人。
  • 華裔學者發現正反同體「天使粒子」 破解80年難題
    新京報製圖/陳冬　　國際物理學界80年來一直在追尋的神秘粒子終於「現身」。昨日，學術期刊《科學》（Science）在線發表四位華人科學家領銜的科研團隊的最新研究成果：首次發現「手性馬約拉納費米子」。它的獨特之處在於，是費米子中唯一的正反同體粒子。
  • 張首晟團隊發現天使粒子 他說真正完美的世界是量子世界
    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。
  • 找到「天使粒子」
    本報北京7月21日電  （洪蔚琳、趙永新）國際權威學術期刊《科學》雜誌21日報導了物理學領域的一項重大成果：以華人科學家為主體的科研團隊找到了正反同體的「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。