1、正反 对 立的世界观我 们 似乎生活在一个充满 正反 对 立的世界：有正数 必有 负 数，有存款必有 负 债 ，有阴必有阳，有善必 有 恶 ，有天使必有 恶 魔。狄拉克方 程1928年， 伟 大的理 论 物理学家狄拉克(Dirac) 作出惊人的 预 言：宇宙中每一 个基本粒子必然有其相 对应 的反粒子。( pc)2 (mc2 )2E( p) 狄拉克海和反粒 子几年之后，正 电 子果然在宇宙射 线 中被 发现， 验证 了有史以来最 伟 大的理 论预 言之一。生活 应 用：正 电 子 发 射断 层扫描目前，正 电 子被广泛 应 用到人 类 生活之中，医学影 像技 术 PET (Positron E
2、mission Tomography, 正 电 子发 射断 层扫 描 ) 就是其中之一。天使与魔 鬼当一个粒子遇上它的反粒子 时 ，根据 爱 因斯坦 E = mc2的 质 能公式，它 们 会相互湮 灭 从而将所有 质 量 释 放出成能量。 Dan Brown的小 说 及其 电 影天使与魔鬼就描述 过这样 的正反粒子湮 灭 爆炸的 场 景。Majorana和他的 费 米 子从此以后，宇宙中有粒子必有其反粒 子被 认为 是永恒不 变 的真理，但是会 不会有 这样 一 类 没有反粒子的粒子， 或者 说 它 们 自身就是自己的反粒子？1937年，也就是整整八十年前， 伟大 而神秘的意大利理 论 物理学
3、家EttoreMajorana 猜 测 有 这样 神奇粒子的存 在， 这 也就是我 们 今天所称的Majorana费 米子。从那开始， 寻 找这 一神奇粒子也就成了物理学中 许多 领 域研究工作的崇高目 标 。一份梦寐以求的表单物理学中有一份表 单 , 囊括了那些人 类 梦寐以求的神秘粒 子，其中就有希格斯波色子（也被称 为 上帝粒子，最近 在欧洲粒子加速器中被 发现 ）、引力子、磁 单 极、暗物 质 和 Majorana费 米子。相 较 其他粒子而言 ，Majorana费 米子或 许 更加神秘，因 为 Majorana本人在文章泄露天机 之后不久就失踪而从此 销 声匿迹了。张 首晟研究 组预
4、测 ：Where?2010到 2015年期 间 ， 张 首晟与其 团队连续发 表三篇 论 文， 精准 预 言了在哪里能 够 找到 Majorana费 米子， 继 而指出 哪些 实验 信号能 够 作 为铁证 如山的 证 据。他 们预 言手性Majorana费 米子存在于一种由量子反常霍 尔 效 应 薄膜和 普通超 导 体薄膜 组 成的混合器件中。张 首晟研究 组预测 ：What?在以往的量子反常霍 尔 效 应实验 中，随着 调节 外磁 场 ，反常量子 霍 尔 效 应 薄膜呈 现 出量子平台， 对应 着 1、 0、 -1倍基本 电 阻单 位 e2/ h。当把普通超 导 体置于反常量子霍 尔 效 应
5、 薄膜之上 时， 临 近 效 应 使之能 够实现 手性 Majorana 费 米子，相 应 的 实验中会多出全 新的量子平台， 对应 1/2 倍基本 电 阻 单 位 e2/ h。 这半个基本 电 阻 来源于 Majorana费 米子没有反粒子，所以某种意义 上它可以 视为 半个 传统 粒子。所以， 这 多出来的半整数量子平台就提供了有力 的 证 据， 证 明在 时 空中 传 播的手性 Majorana费 米子的存在。实验观察根据 这 一理 论预 言，来自 UCLA, UC Davis, UC Irvine的 实验团队 与斯坦福大学 张 首晟教授的理 论团队紧 密合作， 最 终 在所提出的器件中 实验 上 发现 了手性 Majorana费 米 子。 这 一重大 发现 已 发 表在 这 一期的科学 杂 志上。
