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导语：物理学领域取得重大突破：由四位中国科学家领导的研究团队终于找到了正反体相同的“天使粒子”——马约拉纳费米子（），从而结束了国际物理学界对这一神秘粒子长达80年的追寻。
据人民网7月21日报道，物理学领域取得重大突破：由4名中国科学家领导的研究小组终于找到正反体相同的“天使粒子”——马约拉纳费米子（），从而结束了国际物理学界对这一神秘粒子长达80年的追寻。
相关论文发表在今日出版的《科学》杂志上。该成果由美国加州大学洛杉矶分校王康龙研究组、斯坦福大学张首盛研究组和上海科技大学寇旭峰研究组联合完成。通讯作者为何庆林、寇旭峰、张首盛和王康龙，均为华人科学家。
▲张首盛
诺贝尔物理学奖得主弗兰克评价此项工作：“张首晟团队设计了一个全新的系统，并在实验中清晰地测量了马约拉纳费米子，这真是一个里程碑式的工作。”
国际同行指出，马约拉纳费米子的发现，是继“上帝”粒子（希格斯玻色子）、中微子、引力子发现之后的又一里程碑，不仅具有重大的理论意义，更具有重要的潜在应用价值：让量子计算成为现实。
“神秘的正负同质粒子让我们等了80年”
在物理学领域，组成物质的最小、最基本的单位被称为“基本粒子”。它们是不改变物质性质的最小物质体积，也是组成各种物体的基础。基本粒子分为两种：费米子和玻色子，分别以美国物理学家费米和印度物理学家玻色命名。
东西方哲学家都认为，人类似乎生活在一个充满正反两面的对立的世界里：有正数的地方就必定有负数，有存款的地方就必定有负债，有阴的地方就必定有阳，有善的地方就必定有恶，有天使的地方就必定有恶魔。
1928年，伟大的理论物理学家狄拉克做出了一个惊人的预言：宇宙中每一个基本费米子必定有一个对应的反粒子。根据爱因斯坦的质能公式E=mc²网校头条，当费米子遇到反粒子时，它们会相互湮灭，导致两个粒子的质量都消失，并转化为能量。
▲狄拉克与他墓碑上刻着的方程式
从此，宇宙中每一种粒子必有其反粒子，这被认为是一条绝对真理。然而，会不会存在一种没有反粒子的粒子，或者一种有同样反粒子的粒子呢？1937年，意大利理论物理学家埃托雷·马约拉纳（ ）在他的论文中推测存在这样一种神奇的粒子，我们今天称之为马约拉纳费米子。不幸的是，他在做出这一推测后，在一次乘船旅行中神秘失踪。从此，找到这种神奇的粒子就成了物理学家们梦寐以求的探索目标。
科学家认为，在粒子物理中，标准模型范围之外的中微子可能是马约拉纳费米子。要验证这一猜想，需要进行无中微子β双衰变实验。遗憾的是，这项实验所需的精度在未来10到20年内很难达到。
张首盛将突破口转向凝聚态物理。2010年至2015年，张首盛团队连续发表三篇论文，准确预言了马约拉纳费米子的实现体系和验证的实验方案。王康龙等实验团队根据张首盛的理论预言，成功发现手性马约拉纳费米子，为长达80年的科学探索画上了圆满句号。
张首盛将新发现的手性马约拉纳费米子命名为“天使粒子”，源自丹·布朗的小说及电影《天使与魔鬼》。张首盛表示：
“这幅作品描述的是粒子与反粒子湮灭爆炸的场景。过去我们认为，每一个粒子一定有它的反粒子，就像每一个天使一定有魔鬼一样。但今天，我们发现了一个没有反粒子的粒子，一个只有天使没有魔鬼的完美世界。”
“一半”的概念是解决问题的关键
困扰物理学界80年的难题是如何解决的？张首晟认为，任何科学研究都是建立在已有成果的基础上的。天使粒子的发现得益于前人对量子反常霍尔效应的探索，也是理论与实验相结合的结果。
最初，张首盛根据常识做出推论：由于马约拉纳费米子只有粒子，没有反粒子，所以相当于传统粒子的一半。他很快意识到，“一半”这个概念才是解决问题的关键。
早在2008年，张首晟就从理论上预言了量子反常霍尔效应，并于2013年被清华大学薛其坤教授和中科院物理所领导的实验团队证实。实验中，随着外界磁场的调整，反常量子霍尔效应薄膜呈现出量子平台失踪的物理学家费米，分别对应基本电阻单位e2/h的1、0、-1倍。也就是说，量子世界中的电阻是量子化的，只能以整数倍数跳跃台阶。
这给了张首盛一个启示：马约拉纳费米子是普通粒子的一半。普通粒子是整数阶跃迁，而马约拉纳费米子可能是半整数阶跃迁——肯定会呈现出一种奇怪的“1/2阶跃迁”。因此，他预言在量子反常霍尔效应薄膜与普通超导薄膜组成的混合器件中，存在手性马约拉纳费米子。当普通超导被放置在反常量子霍尔效应薄膜上时，邻近效应使得手性马约拉纳费米子得以实现，相应的实验就会有一个新的量子平台，对应基本电阻单位e2/h的1/2倍。
张首盛团队提出的搜寻马约拉纳费米子的实验平台，是由量子反常霍尔效应薄膜与普通超导薄膜组成的混合装置。
在随后的实验验证中，令人兴奋的结果浮现：王康龙团队确实看到了“1/2台阶”。这一半基本阻力来自于马约拉纳费米子作为传统粒子一半的特殊性质。因此，额外的半整数量子平台为手性马约拉纳费米子的存在提供了强有力的证据。
何庆林、王康龙、夏菁实验团队与张首晟理论团队合作测得的半量子电导平台与理论预言一致，为马约拉纳费米子的发现提供了直接而有力的实验证据。
天使粒子的意义：量子计算已成为可能
找到天使粒子究竟有何现实意义?张首晟指出，从基础科学发现到技术应用往往需要很多年的时间，但天使粒子的发现意味着量子计算已经成为可能。
他解释称，量子世界本质上是平行的，一个量子粒子可以同时通过两个狭缝，因此量子计算机可以进行高度并行的计算，效率远高于经典计算机。以算术问题为例，如果给定一个大数，问它能否拆成两个数的乘积，那么经典计算机只能用穷举法逐个尝试计算整数除法，而量子计算机可以在一瞬间同时完成所有可能项的测量。
量子粒子可以同时穿过两个狭缝。
然而，量子比特的信息非常难以存储，即使是最轻微的环境噪声也会破坏其量子特性。因此，量子计算机常常被视为白日梦。
“通常情况下，一个量子比特只能存储在一个传统粒子中，而传统粒子很容易受到干扰。但现在，天使粒子的发现提供了一种奇妙的可能性：一个量子比特可以一分为二，分别存储在两个相距甚远的马约拉纳费米子中。”
张首胜表示，这样一来，传统的噪声就很难以同样的方式同时影响两个马约拉纳费米子，破坏存储的量子信息，“相比传统的存储方式，基于天使粒子的存储方式稳定性极高。”
“我们提出的装置也是二维系统，可以实现马约拉纳费米子的纠缠和编织，使有效的量子计算成为可能，从而解决人类面临的一些难题。”张首晟说，“对于天使粒子将要遨游的量子天堂，我充满兴奋和期待。”
张首胜：“距离诺贝尔奖最近的投资人”
据凤凰科技报道，日前，张首盛回京为恩师杨振宁庆祝95岁生日。
1963年出生的张首晟17岁赴德国柏林自由大学留学，专业是理论物理，这也是杨振宁的专业。
但理论物理的就业范围太过狭窄，张首晟开始对自己的前途感到担忧。但当他来到哥廷根大学附近的一片墓地时，看到一些埋葬在那里的物理学家，把自己生前发现的公式作为墓志铭，这深深地震撼了张首晟。
从此，“用一个公式概括整个世界”成为了张首晟的梦想，也让他决定将一生奉献给物理学研究。
另一次选择则对张首晟影响深远。在柏林自由大学读书时，张首晟一直把大统一理论作为自己的学术目标，因为这是爱因斯坦毕生的事业，也是杨振宁的研究领域。
但在师从杨振宁时，杨振宁曾鼓励张首盛研究凝聚态物理，杨振宁认为，自己的领域很难取得突破，而凝聚态物理当时才刚刚兴起，发展迅速。
▲张首晟与导师杨振宁
最终，在杨振宁的指导下，张首盛开始向凝聚态物质领域努力。
1996年，33岁的张益唐被任命为斯坦福大学终身教授。之后，张益唐凭借拓扑绝缘体和量子自旋霍尔效应两个理论的发现，获得了2010年的欧洲物理学奖，2012年的奥利弗·巴克利奖和狄拉克奖，2014年的富兰克林奖。
多年来，汤森路透预测张首晟将获诺贝尔奖，杨振宁评价称“他获诺贝尔奖只是时间问题。”天使粒子的发现是否会让张首晟获得诺贝尔奖，目前尚不得而知。
除了科学家之外，张首盛还有另一个著名的身份——丹华资本创始人。
张首胜的偶像是横跨科学界、商界和政界的富兰克林。因此，他认为，如果科学道理可以治国失踪的物理学家费米，为什么不能指导投资？于是，2013年，张首胜和顾安嘉博士共同创立了丹华资本，正式进入投资界。
截至去年底，丹华资本已投资了50家公司，主要涉及大数据、云计算、虚拟现实、增强现实、机器人、智能硬件等领域。人工智能也是张首盛关注的领域之一。在他看来，人工智能的潮流已经到来，但并不是所有人都能抓住。
他曾对记者说，任何技术的发展总是从一波浪潮开始，然后是一波巨大的淘汰潮，这时才会出现真正的英雄。中国投资界的振幅特别大，其实硅谷也是如此。在这种情况下，投资者的眼光更受考验。
“做科研和投资完全是一回事”，张首盛说，“其实物理学和计算机科学是紧密相关的，计算机科学的很多算法都是从理论物理衍生出来的，比如Page Rank算法表面看起来很复杂，但最终可以归结为一个数学公式，而这个数学公式在物理学中也被研究得很透彻。”