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我国科学家探测到马约拉纳费米子踪迹

来源:中国网 2016-06-24 16:14:02
内容摘要: 科学家成功探测到马约拉纳费米子踪迹,4位中科院院士“站台”,校长亲自出席发布会。6月22日下午,上海交通大学宣布,该校贾金锋教授科研团队在实验室里成功捕捉到了一种物理学家寻找多年的神秘粒子——马约拉纳费米子。

  科学家成功探测到马约拉纳费米子踪迹,4位中科院院士“站台”,校长亲自出席发布会。6月22日下午,上海交通大学宣布,该校贾金锋教授科研团队在实验室里成功捕捉到了一种物理学家寻找多年的神秘粒子——马约拉纳费米子。这种粒子既是困扰物理学界80多年的正反粒子同体的特殊费米子,也是未来制造量子计算机的可能候选对象。

  美国东部时间6月21日(北京时间6月22日),国际顶级物理学刊物《物理评论快报》(Physical Review Letters)在线发表了上海交通大学贾金锋教授及其合作者的论文。通过巧妙的实验设计,贾金锋研究团队率先观测到了在涡旋中的马约拉纳费米子的踪迹。

  困扰物理学界80年的神秘粒子

  在物理学领域,科学家把构成物质的最小、最基本的单位称为基本粒子。在粒子世界里,住着两大家族:费米子家族(如电子、质子)和玻色子家族(如光子、介子),它们分别以物理学家费米和玻色的名字命名。一般认为,每一种粒子都有它的反粒子,费米子和它的反粒子就像一对长相一模一样,但脾气完全相反的双胞胎兄弟,两兄弟一见面就“大打出手”,产生的能量甚至会让它们瞬间湮灭。

  然而在1937年,意大利物理学家埃托雷·马约拉纳预言,自然界中可能存在一类特殊的费米子,这种费米子的反粒子不但和自己长相一样,脾气也完全相同。可以说,它们的反粒子就是自己本身,这种费米子被称为马约拉纳费米子。粒子物理标准模型里的中微子是一种可能的马约拉纳费米子。但是,要证明这一点却非常困难——必须观察到一种所谓的无中微子双贝塔衰变现象。过去近80年中,物理学家一直都未找到马约拉纳费米子存在的证据。

  2016年初,中国的科学家终于发现了这类神秘粒子存在的迹象。上海交通大学贾金锋教授研究组与浙江大学许祝安、张富春研究组,南京大学李绍春研究组及美国麻省理工学院傅亮教授等合作的研究团队,率先观测到了在拓扑超导体涡旋中存在马约拉纳费米子的重要证据。

  “事实上,我们所发现的马约拉纳费米子并不是一个传统意义上的粒子,而是一种准粒子,但它同样符合马约拉纳的预言。”贾金锋表示。

  “准粒子是凝聚态物理中一个重要概念,它是描述某种体系中大量粒子集体行为的一种方法,也就是说把传统意义上的某种粒子的集体行为的某些表现,看作是一个粒子的行为(即准粒子)。这样可以大大简化模型,便于正确表述某些具体物理现象的物理机理。”贾金锋介绍,粒子和准粒子的关系就像球员和球队的关系——一支足球队中每个球员可以看作是传统意义上的粒子,球员之间相互配合可以看作是粒子之间的非常复杂的相互作用,虽然每个球员都有自己的特色,但整体上球队却会表现出来一个统一的风格。“我们可能不了解队中每个球员的特点以及球员之间的配合情况,但是他们整支球队却像一个准粒子一样可以比较简单地被认识”。

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