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重大突破:张首晟团队发现“天使粒子”

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今天一大早,蝌蚪君就被张首晟团队发现“天使粒子”刷了屏。

张首晟及其团队在美国科学杂志上发表了一项重大发现:在整个物理学界历经80年探索后,他们终于发现了正反同体的天使粒子——马约拉那费米子。

这是继上帝粒子(希格斯波色子)、中微子、引力子之后的又一里程碑发现,不仅具有重大的理论意义,而且具有重要的潜在应用价值:让量子计算成为现实。

在物理学领域,构成物质的最小、最基本的单位被称为“基本粒子”。它们是在不改变物质属性前提下的最小体积物质,也是组成各种各样物体的基础。

基本粒子又分为两种:费米子和玻色子,分别以美国物理学家费米和印度物理学家玻色的名字命名。

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恩利克·费米图自水印

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萨特延德拉·纳特·玻色图自网络

那么,问题来了,谁是马约拉纳?

假如你去一个海滨城市,在某个浪漫暧昧的夜晚,徐徐海风吹拂之下,一些游轮餐厅也许会放着这样的音乐

I am sailing, I am sailing ……cross the sea.

I am sailing stormy waters…………I am dying……其实,这首歌非常适合来描述马约拉纳这个人。

事情还要从20世纪20年代中期说起, 费米在罗马大学组建了一个物理研究所,这个组里汇集了一批意大利当时最优秀的青年物理学家,21岁的帅哥马约拉纳也在这个研究组里。

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埃托雷·马约拉那图自网络当时他俩都是只有二十几岁,梦想很大,说话也很随便。

马约拉纳说:“每隔500年才有一个类似阿基米德或牛顿这样的科学家出现,而每隔100年就会有1至2个爱因斯坦和玻尔这样的人出现。”费米说:“那费米是几百年出一个?”马约拉纳说:“我们谈的是爱因斯坦与玻尔……”马约拉纳是一个很有天赋的物理学家,他的分析与计算能力对整个研究组的帮助很大。

只要有他在的地方,就没有人会用计算尺和笔算。马约拉纳能够口算出243的平方根乘以578的立方根等于多少这样的数学题。

费米和他曾有过一场计算能力的PK赛,费米用纸笔尺,马约拉纳只用脑子,比赛结果是平局

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众所周知的是,费米的计算能力也是非常强的:后来在美国爆炸原子弹的时候,他就站在很远之外,手里拿张纸,撕成碎纸片。

原子弹的冲击波来了,他把纸一扔,然后根据纸片被卷走的高度、速度和距离计算原子弹释放的能量值。冲击波走了,费米就算出来了,而且计算出来的结果和精密仪器测试的结果不相上下。

马约拉纳对自己的研究工作自我要求很高,他很少发表研究成果,除非他本人觉得研究结论已经无可挑剔。

1929年,费米研究组的成员之一瑞萨缇(Franco Rasetti)

在美国加州理工学院进行访问研究时,测量了氮原子核的自旋数,其结果是“一”,这让当时的物理学家很费解。

马约拉纳立刻意识到原子核应该是由带正电的质子和一种不带电的、质量与质子相近且自旋亦为二分之一的粒子所组成。

他把这种粒子叫做 “中性质子”,也就是人们后来发现的中子。

具体到氮原子核,其组成应为七个质子加七个“中性质子”。

他同时也意识到,为了使原子核不致因内部的质子们 “同性相斥”而分崩离析,核内一定存在一种比电磁力强得多的相互作用力,他称之为“交换作用力”——这就是后来人们所说的强相互作用力。

不过可惜的是,马约拉纳这个人非常低调,甚至有些消极,他没有发表这些结果。

几个月后,俄国的一个名字叫伊万年科(Dmitri Ivanenko)

的物理学家也认识到了中子的存在,发表了相关的文章。费米抱怨马约拉纳坐失良机,马约拉纳一笑置之。

马约拉纳之死1932年,马约拉纳辞去了在罗马大学物理研究所的职位,开始了长达四年几乎足不出屋的“闭关”生活。

1938年3月25日他给家人和他任职的那不勒斯大学物理研究所所长卡瑞利(Antonio Carrelli)

各留了一封信后,就登上了一艘开往西西里首府巴勒莫的邮船。

一般人和警方都把这两封信解读为绝命书——因为从此以后马约拉纳就在人间消失了。

自杀?

他杀?

溺水?

有两件事令人费解——他在去巴勒莫之前支领了半年的薪水并带走了所有重要的科研笔记,这不像一个准备自杀之人所为,看起来更像是去“龙泉寺”隐居的。

在他平安抵达了巴勒莫以后,又发了一封电报和一封信给卡瑞利。电报仅一句话“别紧张,信随后就到”,在他的信里则明确说他放弃了自杀的念头。

根据售票记录,他确实买了返回那不勒斯的船票,而且有个同舱人(三人住一间舱房)

曾作证说,他在那不勒斯下船时,马约拉纳还在舱里睡觉。

但马约拉纳从人间蒸发的事情真的不好解释。没人确切知道他是否在那不勒斯下了船。这种不确定的结局,为后人留下了想象的空间。

时至今日,意大利人也没有忘记他。他多次成为科幻小说或电影的主角,甚至还有关于他的科幻连环画集。在连环画里,马约拉纳的结局最为辉煌——被外星人接走了!

说完了马约拉纳,再来说说张首晟。

在中国媒体的报道中,张首晟教授一般被描述为是杨振宁院士的学生。

蝌蚪君用百度查了一下,也是这样写的↓↓ 

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不过,张首晟的博士导师不是杨振宁,而是著名超引力专家纽文豪森(peter van Nieuwenhuizen ,他是荷兰高能物理学家)。

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图自wiki百科

张首晟在读博士期间,其实是做高能物理出身的,后来才成长为凝聚态物理学大师,这确实是很难得的。杨振宁先生曾多次鼓励年轻学子投身凝聚态物理学研究,张首晟教授在这一点上也是受到了杨先生的教导,所以取得如此巨大的成就。

为什么叫“天使粒子”?

这个名字来源于丹·布朗的小说及其电影《天使与魔鬼》。

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《天使与魔鬼》海报 图自网络

“这部作品描述了正反粒子湮灭爆炸的场景。过去我们认为有粒子必有其反粒子,正如有天使必有魔鬼。但今天,我们找到了一个没有反粒子的粒子,一个只有天使,没有魔鬼的完美世界。”张首晟说。

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