马约拉纳费米子成功捕获 引世界关注

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上海交通大学科研团队“捕获”马约拉纳费米子mpK鄂东网|xianzhaiwang.cn

物理学家苦苦寻觅80年的马约拉纳费米子，被上海交通大学科研团队“捕获”。美国东部时间6月21日，国际顶级物理学刊物《物理评论快报》在线发表上海交大贾金锋教授及其合作者的论文，该团队通过巧妙实验设计，率先观测到马约拉纳费米子的踪迹。mpK鄂东网|xianzhaiwang.cn

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贾金锋在实验室检测试验结果mpK鄂东网|xianzhaiwang.cn

科学家在超导材料上方制造出拓扑绝缘体薄膜，让薄膜的表面变成拓扑超导体，把马约拉纳费米子从“暗处”翻到“明面”上，观察起来更加方便，为寻找马约拉纳费米子奠定了重要的材料基础。科研人员用自旋极化的扫描隧道显微镜在人造拓扑超导薄膜表面的涡旋中心进行测量，终于直接观察到由马约拉纳费米子所引起的特有自旋极化电流，成为马约拉纳费米子存在的有力证据。mpK鄂东网|xianzhaiwang.cn

贾金锋表示，这是他们的实验首次观测到马约拉纳费米子的自旋相关性质，同时也提供了一种用相互作用调控马约拉纳费米子存在的有效方法，还为观察神秘的马约拉纳费米子提供了一个直接测量的办法。mpK鄂东网|xianzhaiwang.cn

据介绍，找到马约拉纳费米子意味着人类在量子物理学领域取得了重大突破，同时也意味着在固体中实现拓扑量子计算成为可能，或将使人类进入拓扑量子计算的时代。马约拉纳费米子的反粒子就是自己本身，状态非常稳定，这些属性或许是使量子计算机的制造变成现实的一个关键，从而帮助人类敲开拓扑量子计算时代的大门。mpK鄂东网|xianzhaiwang.cn

揭开神秘粒子的“面纱”mpK鄂东网|xianzhaiwang.cn

在物理学最小的基本粒子世界里有着“两大家族”：费米子家族和玻色子家族。一般认为，每一种粒子都有其反粒子，如费米子与其反粒子就像一对长相一样但脾气相反的孪生子，一见面就“大打出手”，产生的能量甚至会让它们瞬间湮灭。mpK鄂东网|xianzhaiwang.cn

1937年，意大利物理学家埃托雷·马约拉纳预言，自然界中或存在一类特殊费米子，该粒子与其反粒子长相、脾气完全相同，这种费米子被称为“马约拉纳费米子”。粒子物理标准模型里的中微子或是一种潜在的马约拉纳费米子。但要证明这一点非常困难。mpK鄂东网|xianzhaiwang.cn

2016年年初，中国科学家终于发现了这类神秘粒子存在的迹象。上海交大贾金锋研究组与浙江大学许祝安、张富春研究组，南京大学李绍春研究组及美国麻省理工学院傅亮等合作，率先观测到拓扑超导体涡旋中存在该粒子的重要证据。“事实上，我们发现的马约拉纳费米子并不是一个传统意义上的粒子，而是一种准粒子，但它同样符合马约拉纳的预言。”贾金锋说。mpK鄂东网|xianzhaiwang.cn

准粒子是描述某种体系中大量粒子集体行为的一种方法，即把传统意义上某种粒子集体行为的某些表现，看作是一个粒子的行为。这样可以简化模型，便于正确表述某些具体物理现象背后的机理。mpK鄂东网|xianzhaiwang.cn

“粒子和准粒子就像球员和球队的关系。”贾金锋比喻说，“我们可能不了解队中每个球员的特点以及球员之间的配合情况，但整支球队却像一个准粒子一样，可以比较简单地被认识。”mpK鄂东网|xianzhaiwang.cn

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