预言中的粒子仍在找寻中

20210610期来自:科技日报

粒子世界住着两大家族:以电子、质子为代表的费米子家族和以光子、介子为代表的玻色子家族,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。

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它自己长相一样,脾气也完全相同。两兄弟站在一起就像照镜子,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”,又被称为“天使粒子”。在现代物理学家眼里,马约拉纳费米子不仅是一种重要的基本粒子

—与超对称理论以及暗物质息息相关,更重要的是,它还能在量子计算领域中发挥巨大作用,是拓扑量子比特的最优载体之一。

马约拉纳的预言针对的只是不带电荷的费米子,比如中子和中微子。由于科学家们已经发现了中子的反粒子,根据马约拉纳的预言,他们认为,中微子的反粒子可能就是中微子本身。但目前,关于这一论断的实验仍在进行,且困难重重。

大约10年前,科学家意识到马约拉纳费米子可能在材料物理的实验中被制造出来。于是,一场寻找马约拉纳费米子的竞赛开始了。

2017年7月21日,《科学》杂志上刊登的一篇论文引起了物理学界的关注。美国加州大学与斯坦福大学的研究人员合作,在一系列特殊实验中宣称发现了马约拉纳费米子。

然而,此粒子非彼粒子。这次宣布的发现是“手性”马约拉纳费米子,它是一个只能在一维路径上往一个方向跑的、自己是自己反粒子的费米子。这与高能物理学家寻找了80年的马约拉纳费米子很不相同,该马约拉纳费米子是三维的。

2018年,微软量子团队在《自然》发表重磅研究,称“观察到马约拉纳费米子存在的相当有力的证据”。不过,3年之后。微软就因“技术错误”撤回了论文。

时至今日,找寻“天使粒子”的工作仍在进行中。科学家观察到自然现象背后的和谐关系和庄严秩序,体会到客观规律的力量,并把揭示这种普遍规律,即科学真理,看作是自己的神圣的任务和最高的精神追求。

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