張首晟。趙永新攝

諾貝爾獎(jiǎng)獲得者Frank Wilczek評(píng)價(jià)這項(xiàng)工作時(shí)說(shuō)：張首晟與團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了全新的體系，并在實(shí)驗(yàn)中清晰地測(cè)量到馬約拉那費(fèi)米子，這真是一項(xiàng)里程碑的工作。

國(guó)際同行指出：發(fā)現(xiàn)馬約拉那費(fèi)米子是繼發(fā)現(xiàn)“上帝”粒子(希格斯波色子)、中微子、引力子之后的又一里程碑發(fā)現(xiàn)，不僅具有重大的理論意義，而且具有重要的潛在應(yīng)用價(jià)值：讓量子計(jì)算成為現(xiàn)實(shí)。

“神秘的正反同體粒子，讓我們等了80年”

在物理學(xué)領(lǐng)域，構(gòu)成物質(zhì)的最小、最基本的單位被稱(chēng)為“基本粒子”。它們是在不改變物質(zhì)屬性前提下的最小體積物質(zhì)，也是組成各種各樣物體的基礎(chǔ)?；玖Ｗ佑址譃閮煞N：費(fèi)米子和玻色子，分別以美國(guó)物理學(xué)家費(fèi)米和印度物理學(xué)家玻色的名字命名。

東方西方哲學(xué)家都認(rèn)為，人類(lèi)似乎生活在一個(gè)充滿(mǎn)正反對(duì)立的世界：有正數(shù)必有負(fù)數(shù)，有存款必有負(fù)債，有陰必有陽(yáng)，有善必有惡，有天使必有惡魔。 1928年，偉大的理論物理學(xué)家狄拉克(Dirac)作出驚人的預(yù)言：宇宙中每一個(gè)基本費(fèi)米粒子必然有相對(duì)應(yīng)的反粒子。根據(jù)愛(ài)因斯坦E = mc2的質(zhì)能公式，當(dāng)一個(gè)費(fèi)米子遇上它的反粒子，它們會(huì)相互湮滅，從而使兩個(gè)粒子的質(zhì)量消失并轉(zhuǎn)化為能量。

從此以后，宇宙中有粒子必有其反粒子被認(rèn)為是絕對(duì)真理。然而，會(huì)不會(huì)存在一類(lèi)沒(méi)有反粒子的粒子，或者說(shuō)正反同體的粒子？1937年，意大利理論物理學(xué)家埃托雷·馬約拉那(Ettore Majorana)在他的論文中猜測(cè)有這樣神奇的粒子存在，即我們今天所稱(chēng)的馬約拉那費(fèi)米子。不幸的是，他本人做出這一猜測(cè)后在一次乘船旅行中神秘失蹤。自此以后，尋找這一神奇粒子成為了物理學(xué)家門(mén)夢(mèng)寐以求的探索目標(biāo)。

科學(xué)家們認(rèn)為，在粒子物理中，標(biāo)準(zhǔn)模型范疇之外的中微子可能是馬約拉那費(fèi)米子。而要驗(yàn)證這一猜想，需要進(jìn)行無(wú)中微子的beta雙衰變實(shí)驗(yàn)?？上У氖?，這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)所要求的精度在今后的10年到20年以?xún)?nèi)都難以達(dá)到。

張首晟把突破口轉(zhuǎn)向凝聚態(tài)物理。從2010年到2015年，張首晟團(tuán)隊(duì)連續(xù)發(fā)表三篇論文，精準(zhǔn)預(yù)言了實(shí)現(xiàn)馬約拉那費(fèi)米子的體系及用以驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)方案。來(lái)自加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校和加利福尼亞大學(xué)歐文分校的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)依照張首晟的理論預(yù)測(cè)，成功發(fā)現(xiàn)了手性馬約拉那費(fèi)米子，為持續(xù)了整整80年的科學(xué)探索畫(huà)上了圓滿(mǎn)的句號(hào)。

張首晟將這一新發(fā)現(xiàn)的手性馬約拉那費(fèi)米子命名為“天使粒子”，這個(gè)名字來(lái)源于丹·布朗的小說(shuō)及其電影《天使與魔鬼》。“這部作品描述了正反粒子湮滅爆炸的場(chǎng)景。過(guò)去我們認(rèn)為有粒子必有其反粒子，正如有天使必有魔鬼。但今天，我們找到了一個(gè)沒(méi)有反粒子的粒子，一個(gè)只有天使，沒(méi)有魔鬼的完美世界。”張首晟說(shuō)。