中科院被《科學》拒稿,讓普林斯頓「先」發現了外爾費米子?

過去幾天，一則中國科學家發現「外爾費米子」的消息在媒體引起關注，更有媒體聲稱，該發現能實現智慧型手機一年充一次電（此為誇大，下文將作解釋）。而在這一重大發現的背後，又一樁科學公案正在發酵。

7月16日，《科學》雜誌在線發表了美國普林斯頓大學物理學家扎伊德·哈桑團隊的實驗成果，該研究團隊宣布他們在「外爾半金屬」中發現了「外爾費米子」。同一天，《科學》雜誌還在線發表了美國麻省理工學院陸凌等人的研究成果，該研究團隊宣布在光學晶體裡發現「外爾玻色子」。

到了7月20日，中科院物理所官網發布消息稱，由中科院物理所方忠研究員率領的科研團隊首次發現了具有左旋和右旋兩種不同「手性」的電子態——外爾費米子。值得注意的是，消息中有這麼一句：「該發現從理論預言到實驗觀測的全過程，都是由我國科學家獨立完成。」

中科院物理所官網發布的消息（截屏圖）

中科院並未直言，到底是他們還是普林斯頓團隊「先」發現了外爾費米子，但微博上卻有網友懷疑中科院「晚了」，甚至指責其「作假」。

外爾費米子的概念要追溯至1929年，德國科學家外爾（H. Weyl）指出，三維無「質量」電子可以分為左旋和右旋兩種不同「手性」，這就是外爾費米子。80多年以來，科學家一直沒有在實驗中觀測到外爾費米子。這意味著，即便有完整的理論推導和公式推算，沒有實驗驗證的結論都不算「發現」。於是，普林斯頓大學、中國科學院等科研機構為此拉開了一場激烈的「科研競跑」。

有意思的是，目前人們多關注幾大科研機構的「競跑」，忽略了普林斯頓和麻省理工的發表文章的第一作者都是華裔（從名字拼音還能判斷基本上來自中國大陸），且論文作者團隊裡也以華裔為主。

實際上，麻省理工和普林斯頓兩個小組的實驗研究，分別和中國的浙大與北大進行了合作。

普林斯頓哈桑的團隊

一個網站五天裡的三篇文章

在發現外爾費米子的這場競跑中，美國麻省理工學院物理學家陸凌等人沒有直接參與進中科院、普林斯頓團隊的競爭，但當其他兩個團隊先後宣布發現外爾費米子時，陸凌所在的團隊也宣布發現了另一種外爾粒子（外爾玻色子）。於是麻省理工的這個研究團隊也被捲入這場紛爭中。

普林斯頓團隊在arXiv上公開了理論預測，並於2014年11月24日向《自然通訊》雜誌提交了這篇論文。

7月27日，陸凌接受澎湃新聞專訪。他介紹，物理學界有一個arXiv網站，學者無需經過審稿就可以將研究成果貼在網站上，與同行交流。有意思的是，2015年2月，短短5天的時間裡，arXiv網站就連續出現了3篇有關「發現外爾粒子」的實驗文章：2月11日，麻省理工團隊率先貼出文章；2月12日，普林斯頓團隊貼出文章；2月16日，中科院團隊也貼出文章。

中科院團隊於2014年12月31日在arXiv網站上公開預言在TaAs，TaP，NbAs和NbP這四種非磁性材料上可以發現「外爾費米子」。

為什麼三個團隊緊接著貼出了文章？陸凌解釋說，這是學界裡的「競爭」。「我的文章比你的早發出來，就佔了先機，後來者就需要在自己的文章中引用之前的工作。」他說，「我在2月11日先貼了（文章），他們看到我貼了，即使（他們的）實驗沒有做完也必須貼，否則就失去了對外宣稱『首次獨立發現』的資格。」

其中，中科院團隊和普林斯頓團隊是直接競爭關係。不同於陸凌發現外爾玻色子，中科院團隊和普林斯頓團隊的研究從材料、數據、理論到實驗幾乎完全一樣，都在競爭「外爾費米子」的「首次發現」。

但陸凌強調，儘管文章公布有「先後」，但他相信三個團隊都是各自獨立完成實驗的。對於這樣的工作而言，「實驗工作不可能在幾天之內因為『看到別人的東西』就能完成，來不及的。」

三方投稿，為何中科院被拒稿？

當然，競賽絕不限於arXiv網站。麻省理工學院團隊、普林斯頓團隊於2月15日將自己的文章正式投給《科學》雜誌，中科院團隊也於2月17日向《科學》雜誌投稿。然而，到了7月16日，《科學》在線發表了麻省理工學院團隊和普林斯頓團隊的研究成果，而中科院團隊的論文在6月17日遭遇拒稿處理。

7月27日，澎湃新聞就拒稿原因致信《科學》雜誌，其公關部門（Science Press Package）的執行董事米根·費倫（Meagan Phelan）回應稱，「對於任何可能的拒稿原因我們不予置評，我們也無權肯定或者否定同行評審過程。《科學》雜誌每年收到的學術稿件超過1.3萬份，錄取率只有7%，所以絕大多數的論文都因各種各樣的原因被拒稿了。」

澎湃新聞從國內物理學界了解到，中科院團隊和普林斯頓團隊幾乎是同時觀測到了外爾費米子，而普林斯頓團隊提前兩天給了《科學》雜誌。但一位不願具名的國內物理學家對澎湃新聞表示，中科院團隊的數據比普林斯頓團隊更好，中方團隊先觀測到了表面態的費米弧，隨後把結果寫成論文提交給了《科學》雜誌，過了一個月之後該團隊又觀測到了體態中的外爾錐，又把這部分內容給了別的雜誌（編者註：雜誌名稱不肯透露）。後來，《科學》雜誌的審稿人提出修改意見，要求中方把體態的內容加進去，但是這部分內容已經給了別的雜誌，所以沒辦法滿足《科學》的修稿要求。

澎湃新聞就此疑問向中科院團隊求證時，中科院團隊幾位成員均稱不方便以個人名義回答這個問題，並表示研究團隊會統一發聲。據悉，中科院團隊的前後兩篇論文即將在其他國際期刊上發表。

此前，普林斯頓團隊領導人、物理學家扎伊德·哈桑則在電子郵件中回復《中國科學報》：「我們將實驗成果向《科學》雜誌投稿，審稿中沒有收到修改意見。」

「很多人會說，是不是外國學術期刊歧視中國科學家？這樣說可能是片面了。中科院的文章沒有一起在《科學》出現確實意外，但畢竟中科院以這個實驗結果短期發表了兩篇高水平論文，而其他兩個團隊只有一篇。」陸凌如是說。

7月16日，英國皇家化學協會網站報導說：「有兩個國際研究組聲稱發現了電子學的基本建築單元——外爾費米子。」這兩個國際研究組，正是普林斯頓團隊和中科院物理所。英國皇家化學協會完全獨立於中科院物理所、普林斯頓大學以及麻省理工學院。

中國科學家在實驗中觀測到的「費米弧」

普林斯頓有無「借鑑」中科院的成果？

目前，中科院物理所官網、《中國科學報》的報導都會突出中科院團隊的一大突破，就是他們於2014年12月31日率先在arXiv網站上公開預言在TaAs、TaP、NbAs和NbP這四種非磁性材料上可以發現「外爾費米子」。這一系列材料能自然合成，無需進行摻雜等細緻繁複的調控，更利於實驗發現。

在《中國科學報》的描述中：這一理論成果立即受到同行的關注，包括中科院物理所、北京大學、普林斯頓大學等在內的國際上眾多實驗小組都投入到了競賽般的實驗驗證工作中。

中科院物理所研究員戴希7月18日在其個人博客上寫道：「磁性材料，總不可避免地存在磁疇，從而使得許多外爾半金屬的重要特性很難在實驗上被觀測到。因此發現（這四種）非磁性的外爾半金屬材料，成為該領域發展的關鍵。」

對此，陸凌表示贊同，因為此前中美科學家提出過約十類電子外爾材料，但都還沒能被實驗證實。其中一點因素就是很多材料有磁性，影響觀測。所以這四種非磁性，元素簡單的外爾半金屬對於發現「外爾費米子」確實重要。陸凌同時表示自己發現外爾玻色子的實驗也是基於非磁性的光學材料，這一的理論工作在2012年7月2日發表在arXiv上。

「但據我了解，其實普林斯頓團隊在2014年11月24日就向《自然通訊》雜誌提交了一篇文章，也是對這類（非磁性）材料進行理論預測，只是沒有在arXiv網站上公開貼出來。」陸凌說。換言之，中科院團隊確實是第一個對公眾發表預測的，但也可以說普林斯頓團隊是第一個（甚至早於中科院）向學術期刊提交預測的。

據《中國科學報》報導，1月5日，中科院團隊也收到了來自普林斯頓哈桑團隊的一封信。信中告知，他們也有類似的工作。澎湃新聞搜索發現，普林斯頓團隊確實於2015年1月5日在arXiv上公開了理論預測，也確實於2014年11月24日向《自然通訊》雜誌提交了這篇論文。

但在《中國科學報》的報導中，中科院團隊成員翁紅明表示：「哈桑小組在這篇文章（指向《自然》提交的那篇論文）中使用了我參與開發的計算軟體包，並引用了以我為第一作者於2009年發表的一篇文章。」且在一名不願透露姓名的該領域研究者看來，哈桑的這篇預測更像是「憑空冒出」。「甚至沒有給出嚴格的數學證明，僅僅是一個預言。」這名研究者表示，加上兩項研究在arXiv網站公布的先後順序，讓人不禁懷疑，哈桑小組的工作是否完全獨立？

澎湃新聞在普林斯頓大學官網找到了一篇官方聲明，聲明引用了普林斯頓團隊論文的第一作者、普林斯頓大學物理系、博士後研究助理 Su-Yang Xu的話，「我們的工作，從理論到實驗全部都是獨一無二的。」 Su-Yang Xu說，「理論家告訴我們，一些化合物可能會顯示出新的或者有趣的屬性。隨後，我們獲取樣本並進行實驗驗證。我們自己提出了理論預測並完成了實驗。」

哈桑也在郵件中回復了澎湃新聞的疑問，「關於這個問題，我們的立場已經在這份聲明中闡述清楚了，聲明就是我們研究合法性的證據。」

對於翁紅明提出的質疑（哈桑團隊論文使用了他參與開發的計算軟體包，並引用了他於2009年發表的論文），哈桑回應稱，「我們研究使用的是公開免費的軟體（使用開原始碼，對任何人開放）。我們的工作是基於我們早期出版的關於拓撲絕緣體的論文，最早可追溯到2008年，在《自然》雜誌和《科學》雜誌上都可以找到。當然，我們的論文引用了很多研究團隊的多篇論文，但是沒有一篇發現了外爾費米子。」

「我相信，對於論文的正確性，兩份雜誌自有評判。」哈桑回應道，「《科學》雜誌願意接受我們的論文，是因為我們的論文是正確的。所有的評審人員（推薦人、審稿人和編輯部）在經過仔細核查之後都認同這一點。也只有達成共識，他們才會決定發表。我聽到很多人的論文被拒，不僅是中科院團隊的論文。《科學》雜誌在其官網上給出了很多拒稿理由，如論文不準確、不完整或者無法理解。但是他們為何拒絕中科院團隊的稿子，我就不清楚了。」

普林斯頓哈桑團隊對外爾費米子的發現，左上圖為TaAs晶體，右上圖為外爾半金屬中的外爾費米子和表面的費米弧，右上圖和左下圖中的加號和減號表示晶體中外爾費米子所具有的特定手性，右下圖表示外爾費米子具有的「磁單極」屬性。

普林斯頓哈桑團隊在外爾半金屬表面發現的費米弧。

外爾費米子能讓手機一年一充電？

儘管「發現」先後已有了爭議，不少媒體已開始宣稱外爾費米子的發現給智慧型手機帶來顯著影響，可以解決智能電子設備待機時間短、電量消耗快的問題。如香港《南華早報》網站7月23日報導，這項突破性的發現將極大地推進未來技術的發展，例如比目前的超級計算機運行速度更快的量子計算機，以及能夠實現一年一充電的智慧型手機。

不少網友對「一年一充電的智慧型手機」表示懷疑，稱這是天方夜譚。對此，澎湃新聞致電中科學物理所綜合處處長魏紅祥，對方解釋說，這是媒體的誤傳，「外爾費米子的發現確實可以節省器件能耗，增長待機時間，但『一年充一次電』恐怕是記者寫出來奪人眼球，這只能是未來的一種期待。」魏紅祥還表示，由於網上出現各種「發現外爾費米子」的消息，其中不乏錯漏，中科院團隊研究員會儘快出一篇聲明，解答疑問。

對於目前廣泛流傳的「發現外爾費米子，手機就能一年一充」，陸凌也直言這誇大了。他解釋說，現在科學家只是驗證了能發現「外爾費米子」的一類材料，這類材料的具體研究還有一段路要走。是不是可以找到更好的材料？有了這些材料之後能在哪些器件中被用到？就算能用能否比現有器件更好？這些都是未知數。「當然從理論上說是有應用前景的，但是直接把現階段的成果和生活聯繫在一起，太早了。」（澎湃新聞記者 羅昕 邢春燕）