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2016年6月22日
时间:2019-08-31 15:19 来源:未知 作者:admin 点击:

  实际上,对于马约拉纳费米子的寻找已经从纯粹的粒子物理的方式转变为凝聚态物理的方式。中科院物理研究所研究员戴希表示,当代凝聚态物理中涉及的这些所谓“新粒子”,无论是外尔费米子还是马约拉纳费米子,都是在“准粒子”或“元激发”意义上讲的。

  何庆林的解释充满了各种专业名词,但抛开复杂的理论与技术来看,其意思就是“本项研究的重点就是实验中观测到了马约拉纳费米子模存在的证据,同时又极大程度上排除了其他因素的影响,成为马约拉纳准费米子存在的有力证据”。也就是说,这项研究提供了证据证明“马约拉纳费米子是存在的”,但是至今仍未能发现它。

  截至目前,又出现了两个对立的概念,即粒子与准粒子、粒子物理与凝聚态物理。这组关系才是理解这项科研成果的关键所在。

  事实上,就连科研团队本身,都未曾声称找到了这个没有反粒子“正反同体”的著名的“马约拉纳费米子”,而是将之称为“马约拉纳费米子模”,一字之差,大有文章,是“粒子”与“准粒子”的差别,也是粒子物理和凝聚态物理的差别,或者按照参与人员张首晟教授的话来说,这次的发现是马约拉纳费米子存在的“铁证”,但是铁证与真正的马约拉纳费米子之间还有距离。

  粒子和准粒子的关系就像球员和球队的关系:一支足球队中每个球员可以看作是传统意义上的粒子,球员之间相互配合可以看作是粒子之间的非常复杂的相互作用,虽然每个球员都有自己的特点,但整体上球队却会表现出来一个统一的风格。

  2 整个仪器放在低温真空室里,让电流从中通过,由于底层是一种拓扑绝缘体,因此电流只会在其表面或边缘传导,而不经过其内部。它们在一起形成了一种超导—拓扑绝缘体,电子毫无阻力地沿着材料表面的两个边缘流动,如同高速公路上飞驰的汽车。

  文章的第一作者、加州大学洛杉矶分校(UCLA)的何庆林是这样解释这次研究的:“本次研究是利用了反常量子霍尔绝缘体与超导体的耦合机制而形成一种新的拓扑量子态,称为拓扑超导体。UCLA团队利用分子束外延技术,制备了只有6纳米厚的反常量子霍尔绝缘体薄膜,然后在表层沉积超导体后将样品冷却至接近绝对零度,通过外加电场和磁场的调控,测试样品的量子电导,来证明了具有马约拉纳费米子激发的输运态,并且世界上首次实现其粒子的量子化,因此此工作是世界上首次实验证明这种粒子存在的最有力证据。”

  粒子指能够以自由状态存在的最小物质组成部分,现在已经发现的粒子达到400多种。而按照粒子物理学标准模型认为,基本粒子有费米子和玻色子两大类,费米子构成物质并通过交换玻色子发生相互作用。

  准粒子是凝聚态物理中一个重要概念,它是描述某种体系中大量粒子集体行为的一种方法,也就是说把传统意义上的某种粒子的集体行为的某些表现,看作是一个粒子的行为,即准粒子。

  但在之前的实验中,这些准粒子都是被“束缚”的——它们被困在特定的位置,而不会在时空中传播;而且人们也很难确认这些痕迹是不是也有其他效应的作用。斯坦福大学的报道新闻稿将之形容为“如同犯罪现场还在冒烟的枪”。

  中山大学天文与空间科学研究院院长李淼对此评价说,这个发现不是基本粒子,而是在极低温条件之下以及二维材料的边界上造成的某种量子态,这个态满足中性粒子的要求,即其反态就是自身。鉴于这种量子态需要极端条件,距离应用还比较远,如果我用一句大白话来解释,就是“凝聚态物理还没有攻陷粒子物理”。

  马约拉纳的预言只针对不带电荷的费米子,比如中子和中微子。科学家们已经找到了中子的反粒子;至于中微子,有很好的理由认为它的反粒子可能就是它本身。目前有4个实验正试图验证这一论断——比如新墨西哥州的浓缩氙观测站的最新升级版EXO—200。不过这些实验难度太大,可能在未来十年内都难以得到结论。

  2013年3月14日,欧洲核子研究组织公开确认:探

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