李政道研究所所長Frank Wilczek教授雲做客第150期大師講壇

5月14日晚，大師講壇迎來第150期活動，首次嘗試「網絡直播」模式，邀請2004年諾貝爾物理學獎得主、李政道研究所所長Frank Wilczek教授給廣大師生與全球網友帶來了「第三類量子——任意子」（Quanta of the Third Kind: Anyons）的科普報告。本次大師講壇由李政道研究所副所長顧威教授主持。

Wilczek教授首先介紹了費米子和玻色子——在量子力學的教科書中，量子粒子被分為這兩類。費米子遵從大家所熟悉的泡利不相容原理，即兩個費米子不能同時處於相同的量子態上；而玻色子則相反，它們可以匯集在相同的量子態中。會有這樣的現象發生，其更深層的原因是費米子的自旋量子數為半整數，而玻色子的自旋量子數為整數。那是否存在其它情況呢？Wilczek教授在上世紀80年代起便提出了這個理論：在二維體系中存在著第三類量子粒子，其自旋量子數既不是整數也不是半整數，而是任意大小，並將這種新量子粒子命名為任意子（anyons）。

接下來Wilczek教授重點介紹了兩個實驗方面工作：一個是2016年中國科技大學潘建偉教授團隊在由四個量子比特組成的超導電路中產生任意子激發；另一個工作是來自巴黎大學、法國科學研究中心和雷恩高等師範學校的研究人員在今年4月《科學》雜誌上所發表的封面文章，闡述了任意子的觀測證據。此外他還介紹了任意子在一些方面重要的應用前景。這種用類似編織辮子的技能來操控量子態的手段已經成為了目前量子物理研究的熱點之一。

本次大師講壇還特別邀請了4位嘉賓：中國科學技術大學潘建偉教授、中國科學院高能物理研究所王貽芳教授、上海交通大學物理與天文學院鄭杭教授與加州大學聖地牙哥分校Daniel Arovas教授。Wilczek教授在演講後與嘉賓們就任意子想法的提出、前沿研究與未來應用等領域進行了探討。

在隨後的觀眾提問環節，Wilczek教授闡述了任意子自旋與其統計性質的關係，並根據自身的經驗對青年學者如何突破傳統、催生創新提出了建議，勉勵大家時刻懷揣對科學的熱情，保持對未知世界探索的熱情。

本次大師講壇也邀請了麻省理工學院、北歐理論物理研究所、斯德哥爾摩大學等國際知名高校與科研院所共同在線觀摩。以往線下科普講壇的受眾群體較為單一，而此次「天涯共此時」的資源共享反而進一步擴大了觀眾規模，共有約8000觀眾在Classin平臺與蔻享學術平臺聆聽了此次大師講壇，也為李政道研究所國際前沿學術交流平臺的創建提供了新的思路與途徑。近日Wilczek所長在全所大會中提及，自己一部新著作的寫作已近尾聲，並鼓勵全所在此特殊時期靜下心來專注於科學研究工作，為李政道研究所的整體發展做出自己的貢獻。

【嘉賓簡介】

Frank Wilczek, 2004年諾貝爾物理學獎獲得者，現任李政道研究所所長。1970年獲芝加哥大學學士學位，1972年獲普林斯頓大學碩士學位，1974年獲普林斯頓大學博士學位。曾供職於普林斯頓高等研究院和加州大學聖塔芭芭拉分校理論研究所，並擔任麻省理工學院物理系Herman Feshbach講席教授。

【背景介紹】

在微觀尺度中的量子粒子，擁有與宏觀物體迥然不同的奇妙特性。在量子力學的教科書中，量子粒子被分為費米子和玻色子兩類。其中費米子遵從大家所熟悉的泡利不相容原理，即兩個費米子不能同時處於相同的量子態上；而玻色子則相反，它們可以匯集在相同的量子態中。但2004年諾獎得主、李政道研究所所長Frank Wilczek教授在上世紀80年代起提出了一個理論：存在著第三類量子粒子，它既不像費米子如此「特立獨行」，也不像玻色子那般「同心合力」，而是介於兩者之間，呈現出一種「若即若離」的有趣狀態。他將這種新量子粒子命名為任意子（anyons）。近年來，國內外多項前沿實驗成果驗證了任意子的存在。