文/记者 刘辛味(实习) 编辑 吉菁菁 漫画/孙燕燕

审核/刘峻豪 (中国科学院高能物理所博士)

2017年7月21日，何庆林、王康隆和张首晟等几位华人物理学家在《科学》(Science)杂志撰文指出，他们在量子反常霍尔绝缘-超导结构中发现了一维手征马约拉纳费米子模的存在，还给这种粒子起了一个名字：“天使粒子”。

下面，咱们就让“天使粒子”自己来回答我们关心的问题。

一问：粒子到底是个啥?

天使粒子：物理学里的粒子(particle)是指构成物质的组成部分，最早发现的原子、质子等都是粒子，后来科学家们还发现了比它们更为基本的组织成分，称为基本粒子。所有的粒子都是由基本粒子组成的。现在物理学家发现的粒子都比原子小，所以它们也称为亚原子粒子或次原子粒子。

二问：记得前几年还有科学家因“上帝粒子”获得诺贝尔奖，你和他有什么关系啊?

天使粒子：我全名叫马约拉纳费米子，上帝粒子叫希格斯玻色子。我们全名的前半部分为纪念提出的科学家予以命名，后边是粒子的类别。

到20世纪中期，物理学家们已经发现了大量的新粒子，而理论上它们都是由基本粒子组成的，就提出了标准模型(Standard Model)。这个理论根据粒子一种固有属性规定分为了两种，就是费米子和玻色子。费米子负责构成物质组成，比如夸克，还有我。玻色子作为传递相互作用的媒介，比如光子，还有上帝粒子。

三问：那你跟其他的费米子有啥不一样呢?

天使粒子：其实就一句话——我的反粒子是我本身！

四问：晕了！晕了！啥是反粒子啊?

天使粒子：这个有点复杂，要从薛定谔方程说起。你只听说过薛定谔的猫吧?对，就是那个薛定谔。

他写的这个方程就是描述微观粒子运动的，是量子力学中的基本方程。1928年，英国物理学家保罗·狄拉克(Paul Dirac)把相对论引入进去变成了狄拉克方程。这个方程的解呈现了电子的负能量态!为了解释，他预言存在反粒子。

1932年，美国物理学家安德森(C. D. Anderson)在宇宙射线里发现了正电子!正电子和普通的电子就互为一对反粒子。科学家预言，所有的粒子都有反粒子!后来就发现了反质子、反中子等等。

五问：你说了半天也没提马约拉纳啊?

天使粒子：别急啊。1937年，意大利天才青年物理学家埃托雷·马约拉纳(Ettore Majorana)在研究狄拉克方程时又提出了另外一种形式，这种情况下存在一个正反粒子等同的粒子，也就是我——马约拉纳费米子。

可是，预言我存在的马约拉纳在1938年就离奇失踪了，成为了科学史上永远的谜。

遗憾的是，我和马约拉纳同样神秘，人类至今还没有找到我！

六问：什么！没找到？新闻里不是都说物理学家追寻80年终于发现了你吗?

天使粒子：其实你们发现的并不是我的真身，而只是凝聚态物理中的“准粒子”，不是一个真正的粒子。在固体材料中大量粒子的集体运动能表现出一个粒子的性质，而这种状态就叫准粒子或集体激态。如果把这些粒子比喻成海洋中的鱼，那么凝聚态物理就是把有群聚行为的一整群鱼作为观察对象。所以你们发现的也可以叫“准”天使粒子。

近些年，在凝聚态体系中已经多次发现了我存在的证据，也都是在“准粒子”的意义下的。

七问：既然都是“准粒子”，那这次为啥整得这么轰动呢?

天使粒子：过去的发现是零能束缚态的马约拉纳费米子，是0维度。这次的发现是手性马约拉纳费米子。简单来讲就是能在一维上运动，首次实现了量子化。更简单的解释是发现了更加确凿证明我真身存在的证据。

八问：太复杂啦!那发现你到底有啥用呢?

天使粒子：有了我可以实现拓扑量子计算!基于这种原理发明真正稳定的量子计算机!从学术研究的角度，对量子操控也是大大的进步!

多位顶尖物理学家都认为，我的出现让科学家找到了稳定存储量子信息的方法，将大幅提升现有计算速度和效率，进而引发人工智能等行业的深刻变革。

九问：新闻里都是在报道张首晟，这次的发现属于他一个人吗?

天使粒子：长久以来，追逐我的踪迹已经成为一种竞赛，国内外多个实验室都在努力。这次的成果由多位华人科学家领衔的国际合作团队发现，包括加州大学洛杉矶分校王康隆团队，上海科技大学寇煦丰研究组、加州大学欧文分校、戴维斯分校的学者，以及实验理论提出者张首晟的斯坦福大学团队。

他们实验发现后，投稿《科学》，编辑审稿一年提出大量问题，他们又做了大量补充实验，最终发表。齐心协力，功不可没。

十问：最后问个小八卦，你为啥叫“天使粒子”呢?

天使粒子：张首晟说，天使粒子源自丹·布朗的小说《天使与魔鬼》，小说中正、反两种粒子对撞毁灭了世界。有天使就有魔鬼，但我的反粒子也是自己，就是只有天使的世界，就给我起名为天使粒子。

不过，论文的另一位合作者王康隆表示，根据中国传统思想，阴阳合一，把我叫“太极粒子”也不错。