新闻资讯

阅读排行

> 皇冠新2备用网址 >

严重冲破!华人迷信家领衔团队找到“天使粒子”

发布日期:2017-07-25 14:01

严重突破!华人科学家领衔团队找到“天使粒子”

物理学迎来严重冲破:由4位华人迷信家领衔的科研团队终于找到了正反同体的“天使粒子”——马约拉那费米子,从而停止了国际物理学界对这一奥秘粒子长达80年的漫长追随。

相干论文宣布在明天出版的《科学》杂志上。该成果由加利福尼亚大学洛杉矶分校王康隆课题组和美国斯坦福大学传授张首晟课题组、上海科技大学寇煦丰课题组等多个团队独特完成,通信作者为何庆林、寇煦丰、张首晟、王康隆,均为华人科学家。

张首晟接收采访。赵永新摄

诺贝尔奖取得者Frank Wilczek评估这项任务时说: 张首晟与团队设计了全新的体系, 并在实验中清楚地测量到马约拉那费米子,这真是一项里程碑的任务。

国际同行指出:发现马约拉那费米子是继发现“上帝”粒子(希格斯波色子)、中微子、引力子之后的又一里程碑发现,不只存在严重的理论意义,而且具备主要的潜在运用价值:让量子计算成为现实。

“奥秘的正反同体粒子,让咱们等了80年”

在物理学范畴,形成物质的最小、最基本的单位被称为“基本粒子”。它们是在不转变物质属性条件下的最小体积物资,也是组成各种各样物体的基础。基本粒子又分为两种:费米子和玻色子,分辨以美国物理学家费米和印度物理学家玻色的名字命名。

西方东方哲学家都以为,人相似乎生涯在一个充斥正反对峙的世界:有负数必有正数,有存款必有负债,有阴必有阳,有善必有恶,有天使必有恶魔。 1928年,巨大的理论物理学家狄拉克(Dirac)作出惊人的预言:宇宙中每一个基础费米粒子必定有绝对应的反粒子。依据爱因斯坦E = mc2的质能公式,当一个费米子赶上它的反粒子,它们会彼此湮灭,从而使两个粒子的品质消散并转化为能量。

从此以后,宇宙中有粒子必有其反粒子被认为是相对真谛。但是,会不会存在一类不反粒子的粒子,或许说正反同体的粒子?1937年,意大利理论物理学家埃托雷·马约拉那(Ettore Majorana)在他的论文中预测有这样神奇的粒子存在,即我们明天所称的马约拉那费米子。可怜的是,他自己做出这一猜想后在一次乘船游览中奥秘失落。自此当前,寻觅这一神奇粒子成为了物理学家门朝思暮想的摸索目的。

意大利理论物理学家埃托雷·马约拉那

科学家们认为,在粒子物理中,尺度模型范围之外的中微子可能是马约拉那费米子。而要验证这一料想,需要停止无中微子的beta双衰变实验。惋惜的是,这项实验所请求的精度在今后的10年到20年以内都难以到达。

张首晟把打破口转向凝集态物理。从2010年到2015年,张首晟团队持续宣布三篇论文,精准预言了完成马约拉那费米子的体制及用以验证的实验计划。王康隆等实验团队按照张首晟的理论预测,胜利发现了手性马约拉那费米子,为连续了整整80年的科学探索画上了美满的句号。

张首晟将这一新发现的手性马约拉那费米子命名为“天使粒子”,这个名字来源于丹·布朗的小说及其片子《天使与魔鬼》。“这部作品描写了正反粒子湮灭爆炸的场景。从前我们认为有粒子必有其反粒子,正如有天使必有魔鬼。但明天,我们找到了一个没有反粒子的粒子,一个只要天使,没有魔鬼的完善世界。”张首晟说。

电影《天使与魔鬼》海报。

“明天的成果,是树立在发现量子反常霍尔效应的基本上”

困扰了物理学界80年的困难是怎么被破解的?张首晟认为,任何科研任务都是建破在已有成果的基础上。天使粒子的发现,得益于先前对量子反常霍尔效应的探索,也是理论和实验联合的成果。

最后,张首晟按常理做了一项推断:既然马约拉那费米子只要粒子、没有反粒子,那么它就相称于传统粒子的一半。他很快认识到,“一半”的概念就是处理成绩的要害。

早在2008年,张首晟理论就预言了量子反常霍尔效应,这一预言在2013年被清华大学教学薛其坤领衔的清华大学物理系和中科院物理研讨所结合组成的实验团队证明。在实验中,跟着调理外磁场,反常量子霍尔效应薄膜出现出量子平台,对应着1、0、-1倍基本电阻单位e2/ h。也就是说,量子世界里的电阻是量子化的,它只能整数倍地跳台阶。

这给了张首晟一个灵感:马约拉那费米子是通常粒子的一半,既然通常的粒子按整数跳,马约拉那费米子或者就是按半整数跳——它必定会浮现出一个独特的、“1/2的台阶”。由此,他预言手性马约拉那费米子存在于一种由量子反常霍尔效应薄膜和一般超导体薄膜组成的混杂器件中。当把普通超导体置于变态量子霍尔效应薄膜之上时,邻近效应使之可能完成手性马约拉那费米子,相应的实验中会多出全新的量子平台,对应 1/2 倍基本电阻单位e2/ h。

张首晟团队提出的搜查马约拉那费米子的实验平台:由量子反常霍尔效应薄膜和普通超导体薄膜组成的混合器件。

在后续的实验验证中,激动听心的结果呈现了:王康隆等实验团队确切看到了“1/2的台阶”。这半个根本电阻起源于马约拉那费米子作为半个传统粒子的特别性质,因此,多出来的半整数目子平台为手性马约拉那费米子的存在提供了无力的印证。

王康隆实验团队等在与张首晟实践团队配合下所丈量到的与理论猜测合乎的半量子电导平台,这为马约拉那费米子的发明供给了直接而无力的试验证据。

“天使粒子带来的量子盘算时期,让我布满高兴跟等待”

找到天使粒子有什么事实意思?张首晟指出,从基本科学发现到技巧利用往往须要多年时光,但天使粒子的发现象征着量子计算已成为可能。

他说明说,量子世界实质上是平行的,一个量子粒子能够同时穿过两个狭缝。因此,量子计算性能够停止高度并行的计算,远比经典计算机无效。以算术成绩为例,假如给出一个很大的数字,问这个数字是否拆成两个数字的乘积,那么经典计算机只能用穷举法逐个尝试整除计算,而量子计算机能够在一霎时同时实现一切可能项的测算。

一个量子粒子能够同时穿过两个狭缝。

但是,一个量子比特的信息十分难以存储,幽微的环境噪声就能灭绝其量子特征。因而,量子计算机往往被视为望尘莫及的幻想。

“通常情形下,量子比特只能放在一个传统粒子内贮存,轻易被烦扰。但现在,天使粒子的发现提供了一种绝妙的可能性:一个量子比特可以被拆成两半,存储在两个间隔非常悠远的马约拉那费米子上。”

张首晟说,如斯一来,传统的噪声很难同时以异样的方法影响这两个马约拉那费米子、进而覆灭所存储的量子信息。“相较于传统的存储方式,基于天使粒子的存储方式极端牢固。”

“我们提出的器件同时仍是二维系统,从而容许马约拉那费米子的纠缠和编辫,使得无效的量子计算成为可能,从而处理人类面对的一些艰巨成绩。”张首晟说,“我对天使粒子巡游的量子地狱充满高兴与期待。”