1月3日，一篇以美国宾夕法尼亚州立大学物理系助理教授常翠祖为通讯作者的论文在线发表在顶级学术期刊《》上。 研究小组未能在30多个样本中找到“天使粒子”存在的证据。 相反，之前的所谓“证据”或许可以用更平庸的“短路”机制来解释。
常翠祖，山东潍坊人，2007年毕业于山东大学光学工程系，后进入清华大学师从薛其坤，2013年获得博士学位。全球首次发现量子反常霍尔效应失踪物理学家，并第一个通过短信告知导师。 随后，常翠祖在麻省理工学院作为博士后重复了这项工作。
正负粒子
早在2017年7月，同样是在《》杂志上发表了一篇题为“量子反常霍尔绝缘体-超导结构中的手性马约拉纳费米子模式”的论文，引起了轰动。 作者为何庆林、寇旭峰、张首晟、王康龙。
这项工作涉及一种被预测的神秘粒子，称为马约拉纳费米子。 物理学领域有两种基本粒子：费米子和玻色子。 费米子包括电子、夸克和其他构成物质的常见粒子。
1928 年，物理学家保罗·狄拉克 (Paul Dirac) 预测，宇宙中的每个基本粒子都有一个相应的反粒子——带相反电荷的“双胞胎”。 当粒子和反粒子相遇时，它们会湮灭，释放出一股能量。
1937年，意大利天才物理学家埃托雷·马约拉纳提出了另一种预测：应该存在一些费米子，它们本身就是反粒子，可以用波动方程来描述。 马约拉纳在预言结束后悄然消失，给预言增添了神秘的色彩。
意大利天才物理学家埃托雷·马约拉纳
80年后，同样被称为天才的张首晟，受到丹·布朗的小说和电影《天使与魔鬼》的启发，给马约拉纳费米子起了个“天使粒子”的绰号。 “这部作品描述了正负粒子湮灭爆炸的场景。过去，我们认为每个粒子都必须有它的反粒子，就像每个天使都必须有它的魔鬼一样。但今天，我们发现了一个没有反粒子的粒子，一个只有天使而没有魔鬼的完美世界的粒子。”
电导“半步”
何庆林、寇旭峰、张首晟、王康龙等人找到的决定性实验证据是“半步”，即半整数电导机制。
张首晟在2008年从理论上预言了量子反常霍尔效应，并于2013年得到了他的朋友、清华大学教授薛其坤团队的证实。在实验中，随着外部磁场的调整，反常量子霍尔效应效应膜呈现出一个量子平台，对应于基本电阻单位e2/h的1、0和-1倍。 也就是说，它只能以整数倍的方式“跳步”。
普通粒子只能跳跃整步，所以同体的马约拉纳费米子在某种意义上被认为是“半粒子”，它能跳跃半个整数吗？ 1993年，麻省理工学院教授文晓刚预测，一些二维拓扑态的边界上会出现手性马约拉纳费米子模。
王康龙团队使用的器件结构
当加州大学洛杉矶分校王康龙团队将普通超导体放置在反常量子霍尔效应薄膜之上时，他们确实看到了“半步”，对应于基本电阻单位e2/h的1/2倍。
结果引发三重争议
经过媒体广泛报道后，“天使粒子”的结果陷入了长期的争议。
第一个争议：真正的粒子被发现了吗？
事实上，马约拉纳费米子一直有一个“最佳嫌疑人”，那就是中微子。 然而证明这一点需要进行无中微子β双衰变实验，而人类目前还没有能力达到相应的实验精度。 因此，一些科学家将注意力转向凝聚态物理。
凝聚态物理研究由大量粒子组成的凝聚态结构，单个粒子一般无法直接观察到。 然而，固体材料（如金属、非金属、半导体、超导体等）内部的自由电子在磁场、压力、温度等一定的外部条件下会产生特定的集体活动趋势，就好像它们是一个虚粒子一样。
这些“准粒子”在合适的环境条件下会表现出与真实粒子相同的物理定律，但它们“附着”在固体材料上，可以看作是粒子投射到其上的幻影，即马约拉纳费米子模型。 。
为了简化描述，真实的马约拉纳粒子是三维的失踪物理学家，而虚拟的马约拉纳费米子模块是一维的。
论文本身使用了专业表述“手性马约拉纳费米子模式”，但媒体却广泛使用了更流行的术语“马约拉纳粒子”，这引起了一些误解。
争议之二：捐款分配的“内讧”。 张首晟带头成果被广泛曝光后，王康龙对其“威望”不满。 他公开表示张首晟没有参与实验，直到论文发表前三个月，张首晟才要求成为文章的通讯作者。
2018年12月，张首晟因抑郁症在斯坦福大学坠楼身亡。 公众关于“天使粒子”的讨论逐渐沉寂。 然而，关于实验重复性的第三个争议一直是暗流。
结果公布后，国际上多个研究小组尝试重复实验结果，但都没有获得“天使粒子”的明确证据。 一些理论表明，临界半整数电导平台可能不是由手性马约拉纳费米子模式引起的，有几种更平淡的解释，包括材料边缘的“短路”问题。
事实上，《天使粒子》论文从投稿到发表仅用了一年的时间。 据知情科研人员透露，《科学》的审稿人确实有这样的顾虑，要求王康龙团队尽量排除其他可能性，然后才最终接受。
幻灭
此次《》发表的阴性结果论文最终指向了“短路”的平庸机制。 该论文的标题是“量子反常霍尔超导器件中手性马约拉纳费米子模式缺乏证据”。
仿照《天使粒子》论文中的实验，宾夕法尼亚州立大学领导的联合团队制作了 30 多种普通超导体和反常量子霍尔效应薄膜相结合的结构，并发现当器件处于反常量子霍尔态且与磁化方向一致，两端的电导始终呈现半整数阶跃。 这与“天使粒子”论文实验中整数步和半整数步共存的结果不一致。
最新逆转论文发表
文章认为，这个半量子化电导平台不太可能是由样品中的手性马约拉纳粒子引起的。 研究小组指出，之前的实验忽略了覆盖反常量子霍尔效应薄膜的超导条与两侧反常量子霍尔绝缘体的简单电连接。 换句话说，造成“短路”。 这种短路就是“半步”现象的根本原因。
80多年过去了，马约拉纳费米子仍然没有踪迹。 它曾经以幻影的形式出现在凝聚态物理界的热门材料上，而当它涉及到拓扑量子计算的热门话题时，它就更加诱人，但最终证明只是一个梦想。
