7月21日，有關物理學獲得重大突破、科學家找到“天使粒子”的新聞，引起了物理學界的廣泛關注。

在加利福尼亞大學洛杉磯分校王康隆課題組和美國斯坦福大學教授張首晟課題組、上海科技大學寇煦豐課題組等多個華人科學家團隊共同努力下，在實驗中觀測到了一維手征馬約拉納費米子模。相關論文發(fā)表在當日出版的《科學》雜志上（論文鏈接）。

發(fā)現(xiàn)馬約拉納費米子？

有粒子必有其反粒子，這一度被認為是永恒不變的真理。但1937年，意大利理論物理學家馬約拉納預言了一種自己是自己反粒子的粒子，也就是如今所說的馬約拉納費米子。

該粒子的特殊性質(zhì)，令物理學界對相關研究十分關注。因而，此次相關成果對外發(fā)布后，實驗是否真正觀測到了馬約拉納費米子，也成為了人們關注的一大焦點。

“這次宣布的發(fā)現(xiàn)是一維手征馬拉約那費米子，它是一個只能在一維線上往一個方向跑的自己是自己反粒子的費米子。”麻省理工學院教授文小剛告訴《中國科學報》記者，這與高能物理尋找80年的馬約拉納費米子很不相同，該馬約拉納費米子是三維的。

事實上，上世紀90年代，科學家就預言了一維手征馬約拉納費米子，又稱“天使粒子”，可以出現(xiàn)在二維手征p波超導體的邊界上。

“這次的新工作發(fā)現(xiàn)了一個具體的界面系統(tǒng)，可以模擬或者實現(xiàn)二維手征p波超導體，從而也實現(xiàn)了一維手征馬拉約那費米子。”文小剛告訴記者。

有專家通過查閱此次成果在《科學》雜志發(fā)表的文章后也證實，文章表述的是團隊在實驗中觀測到了一維手征馬約拉納費米子模，也就是文小剛所說的一維手征馬拉約那費米子。

專家解釋稱，這說明科學家通過觀察輸運性質(zhì)看到了馬約拉納模，也就是在電子準粒子系統(tǒng)中，看到了類似于馬約拉納費米子的量子態(tài)。

此粒子非彼粒子？

“當代凝聚態(tài)物理中涉及到的這些所謂‘新粒子’，無論是外爾費米子還是馬約拉納費米子，都是在‘準粒子’或‘元激發(fā)’意義上而言的。”中科院物理所研究員戴希解釋稱。

所謂的準粒子，實際上并不是一個粒子，而是成千上萬的粒子運動模式(也就是波)，對外而言，這種波如同一個粒子。

專家借此來強調(diào)，此次的發(fā)現(xiàn)，并不是在真實的光子、電子系統(tǒng)中看到了另外一個真實存在的粒子。

“從他們找到的材料體系看，這是近年來凝聚態(tài)物理中第四個觀察到馬約拉納型準粒子存在證據(jù)的物理體系，相比前幾個體系，應該說穩(wěn)定性和魯棒性更強。”戴希說。

更重要的是，戴希強調(diào)，此次科學家在實驗中真正看到了一個霍爾效應的半整數(shù)平臺，這是存在馬約拉納型準粒子的一個重要理論預言。

文小剛也表示，“這次實驗直接測到的是半整數(shù)量子化電導，它間接意味著手征馬拉約拉費米子存在的可能性。”

量子計算迎來春天？

此次發(fā)布的成果之所以引起如此多的關注，除了與神秘的馬拉約那費米子之間的關聯(lián)外，也因為其潛在的實用價值——量子計算。

戴希告訴記者，與粒子物理中研究的“真實粒子”相比，粒子物理中發(fā)現(xiàn)的新粒子讓我們對宇宙的歷史和未來形成更深刻的理解，而凝聚態(tài)里面的這些新“準粒子”，則給科學家操控和利用它們提供了巨大的可能性。

專家表示，未來做量子計算有各種方式，但現(xiàn)在看來拓撲的量子計算可能是最好的。而拓撲中用來做量子計算的單元——比特，需要滿足非阿貝爾規(guī)律，馬約拉納零能模，也就是非阿貝爾粒子正好滿足這一規(guī)律，這也是大家把相關研究與量子計算關聯(lián)起來的原因。

“此次實驗用全新的設計，實現(xiàn)了二維手征p波超導體，其中的磁旋渦，也應該是非阿貝爾粒子。”文小剛曾在1993年的一個工作指出，邊界上的一維手征馬拉約那費米子，意味著體中一定存在非阿貝爾粒子。不過，此次實驗并沒有直接檢測非阿貝爾粒子。

專家同時也強調(diào)，目前只是測出了邊界上的手征馬約拉納費米子，需要有多個體中的非阿貝爾粒子才能形成量子比特，而量子計算需要多個量子比特按要求進行運算才能實現(xiàn)。

“畢竟離實際操控馬約拉納零能模，以實現(xiàn)拓撲量子計算還有很長的距離要走。”戴希說。

最后，值得一提的是，去年上海交通大學賈金鋒小組，利用傅亮-Kane的設計模擬了p波超導，并得到了非阿貝爾粒子比較強的證據(jù)；兩三年前，物理所的丁洪小組，發(fā)現(xiàn)了在一種鐵基超導體的表面也有非阿貝爾粒子的跡象。

“這次實驗邊界上的手征馬拉約納費米子，是非阿貝爾粒子的另一個間接證據(jù)。所有這些證據(jù)都是間接的，但證據(jù)越多，我們就越有信心。”文小剛說。

《中國科學報》記者再次聯(lián)系張首晟以深入了解研究成果的相關情況，但尚未得到進一步回應。