网站前沿|物理学重大突破:科学家找到“粒子

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  物理学迎来重大突破:由4位华人科学家领衔的科研团队终于找到了正反同体的“粒子”——马约拉那费米子,从而始于英语 英语 了国际物理学界对你有一种神秘粒子长达80年的漫长追寻。

  相关论文发表在今天出版的《科学》上。该由加利福尼亚大学分校王康隆课题组和美国斯坦福大学教授张首晟课题组、上海科技大学寇煦丰课题组等多个团队一起完成,通讯作者为什么我么我么庆林、寇煦丰、张首晟、王康隆,均为华人科学家。

  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。基本粒子又分为有有一种: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。

  东方哲学家都认为,人累似 乎生活在完后 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,有必有。 1928年,伟大的理论物理学家狄拉克(Dirac)作出惊人的预言:中每完后 基本费米粒子必然有相对应的反粒子。根据爱因斯坦E = mc2的质能公式,当完后 费米子遇上它的反粒子,它们会相互湮灭,从而使完后 粒子的质量消失并为能量。

  从此完后 ,包含粒子必有其反粒子被认为是。然而,会不要趋于稳定一类没人反粒子的粒子,不可能 说正反同体的粒子?1937年,意大利理论物理学家埃托雷?马约拉那(Ettore Majorana)在他的论文中猜测有完后 神奇的粒子趋于稳定,即大家今天所称的马约拉那费米子。不幸的是,他我个人做出你有一种猜测后在一次乘船旅行中神秘。自此完后 ,寻找你有一种神奇粒子成为了物理学梦寐以求的探索目标。

  科学家们认为,在粒子物理中,标准模型范畴之外的中微子不可能 是马约拉那费米子。而要验证你有一种猜想,才能 进行无中微子的beta双衰变实验。可惜的是,这项实验所要求的精度在今后的10年到20年以内都难以达到。

  张首晟把突破口转向凝聚态物理。从2010年到2015年,张首晟团队连续发表三篇论文,精准预言了实现马约拉那费米子的体系及用以验证的实验方案。王康隆等实验团队依照张首晟的理论预测,成功发现了手性马约拉那费米子,为持续了整整80年的科学探索画上了的句号。

  张首晟将你有一种新发现的手性马约拉那费米子命名为“粒子”,你有一种名字来源于丹?布朗的小说及其电影《与》。“这部作品描述了正反粒子湮灭爆炸的场景。过去大家认为有粒子必有其反粒子,正如有必有。但今天,大家找到了完后 没人反粒子的粒子,完后 不到,没人的完美世界。”张首晟说。

  困扰了物理学界80年的难题报告 是咋样被破解的?张首晟认为,任何科研工作都有建立在已有的基础上。粒子的发现,得益于先前对量子反常霍尔效应的探索,也是理论和实验结合的。

  最初,张首晟按常理做了一项推断:既然马约拉那费米子不到粒子、没人反粒子,没人它就最少传统粒子的一半。他调慢意识到,“一半”的概念本来出理 难题报告 的关键。

  早在808年,张首晟理论就预言了量子反常霍尔效应,你有一种预言在2013年被大学教授薛其坤领衔的大学物理系生和熟科院物理研究所联合组成的实验团队。在实验中,随着调节外,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。也本来说,量子世界里的电阻是量子化的,它不到整数倍地跳台阶。

  这给了张首晟完后 灵感:马约拉那费米子是通常粒子的一半,既然通常的粒子按整数跳,马约拉那费米子或许本来按半整数跳——它总要呈现出完后 奇特的、“1/2的台阶”。由此,他预言手性马约拉那费米子趋于稳定于有有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。当把普通超导体置于反常量子霍尔效应薄膜之上时,临近效应使之才能实现手性马约拉那费米子,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。

  (张首晟团队提出的搜寻马约拉那费米子的实验平台: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。)

  在后续的实验验证中,激动的出現了:王康隆等实验团队真是看后了“1/2的台阶”。这半个基本电阻来源于马约拉那费米子作为半个传统粒子的特殊性质,愿意,多出来的半整数量子平台为手性马约拉那费米子的趋于稳定提供了有力的印证。

  何庆林、王康隆实验团队和夏晶实验团队在与张首晟理论团队战略战略合作下所测量到的与理论预测符合的半量子电导平台,这为马约拉那费米子的发现提供了直接而有力的实验。

  (何庆林、王康隆实验团队和夏晶实验团队在与张首晟理论团队战略战略合作下所测量到的与理论预测符合的半量子电导平台,这为马约拉那费米子的发现提供了直接而有力的实验。)

  找到粒子有哪几种现实意义?张首晟指出,从基本科学发现到技术应用往往才能 多年时间,但粒子的发现导致 着量子计算已成为不可能 。

  他解释说,量子世界本质上是平行的,完后 量子粒子才能一起穿过完后 狭缝。愿意,量子计算机才能进行高度并行的计算,远比经典计算机有效。以算术难题报告 为例,不可能 给出完后 很大的数字,问你有一种数字可不才能拆成完后 数字的乘积,没人经典计算机不到用穷举法逐一尝试整除计算,而量子计算机可不才能在一瞬间一起完成所有不可能 项的测算。

  然而,完后 量子比特的信息非常难以存储,微弱的噪声就能其量子社会形态。愿意,量子计算机往往被视为可望不可即的空想。

  “通常状况下,量子比特不到倒进完后 传统粒子内储存,容易被干扰。但如今,粒子的发现提供了有有一种绝妙的不可能 性:完后 量子比特才能被拆成两半,存储在完后 距离十分遥远的马约拉那费米子上。”张首晟说,没人一来,传统的噪声好难一起以同样的最好的办法 影响这完后 马约拉那费米子、进而所存储的量子信息。“相较于传统的存储最好的办法 ,基于粒子的存储最好的办法 极其稳固。”

  “大家提出的器件一起还是二维体系,从而允许马约拉那费米子的纠缠和编辫,使得有效的量子计算成为不可能 ,从而出理 人类面对的你有一种难题报告 。”张首晟说,“我对粒子巡游的量子天堂充满兴奋与期待。”返回搜狐,查看更多

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