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80載歲月尋覓 華人科學家發現「天使粒子」

2017-07-22 13:36聯合晚報 編譯黃秀媛/綜合21日電

史丹福大學物理教授張首晟。 圖/聯合報系資料照
史丹福大學物理教授張首晟。 圖/聯合報系資料照
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爾灣加州大學副教授夏晶和洛杉磯加州大學教授王康隆主持的研究團隊,根據史丹福大學物理教授張首晟提出的計畫,對各種奇特材料進行連串實驗,終於首次發現正反同體的「天使粒子」—馬約拉納費米子(Majorana fermion)存在的證據,結束了物理學界對此神秘粒子長達80年的漫長追尋。

《科學》雜誌21日發表的最新論文,宣示了重大物理學突破。史丹福大學發布新聞稿表示,發現馬約拉那費米子是繼發現「上帝粒子」(希格斯波色子)、中微子、引力子後,又一重大理論發現,且具有潛在的應用價值—讓量子計算成為現實,這將對量子理論帶來巨大改變。

「我們的團隊正確預測能在哪裡找到馬約拉納費米子,以及尋找什麼現象。這項發現結束了基本物理學持續整整80年的最密集研究。」張首晟說,這種追尋的知識性質似乎重於實用性質,卻可能實際應用於製造威力強大的量子電腦,雖然這種展望還很遙遠。

在物理學領域,構成物質的最小、最基本的單位被稱為「基本粒子」。它們是在不改變物質屬性前提下的最小體積物質,也是組成各種各樣物體的基礎。基本粒子又分為兩種:費米子和玻色子。

1928年,理論物理學家狄拉克(Paul Dirac)作出驚人預言:宇宙中每個基本費米粒子,必然有相對應的反粒子;根據愛因斯坦E=MC²的質能公式,當一個費米子遇上它的反粒子,它們會相互抵銷,使兩個粒子的質量消失,並釋出能量。從此以後,宇宙中有粒子必有其反粒子被認為是絕對真理。

然而,物理學界也在探尋一類沒有反粒子的粒子,或者說正反同體的粒子;1937年,義大利理論物理學家馬約拉那在他的論文中猜測有這樣神奇的粒子存在,即科學界今天所稱的馬約拉那費米子。

這個研究團隊觀察的粒子是一種「手性」費米子,因為它只在一維層面途徑沿著一個方向移動。研究人員說,製造這種費米子的實驗很難設計、設立和進行,可是得到的結果非常明確。

命名靈感 來自天使與魔鬼

王康隆等實驗團隊接著依照張首晟的理論預測,成功發現了手性馬約拉那費米子。張首晟將這一新發現的手性馬約拉那費米子命名為「天使粒子」,這個名字來源於丹.布朗的小說《天使與魔鬼》。

但來自台灣也是中研院士的王康隆認為,叫「太極粒子」更貼切。

中研院

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