張首晟。趙永新攝

諾貝爾獎獲得者Frank Wilczek評價這項工作時說：張首晟與團隊設(shè)計了全新的體系，并在實驗中清晰地測量到馬約拉那費米子，這真是一項里程碑的工作。

國際同行指出：發(fā)現(xiàn)馬約拉那費米子是繼發(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)用價值：讓量子計算成為現(xiàn)實。

“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：費米子和玻色子，分別以美國物理學(xué)家費米和印度物理學(xué)家玻色的名字命名。

東方西方哲學(xué)家都認為，人類似乎生活在一個充滿正反對立的世界：有正數(shù)必有負數(shù)，有存款必有負債，有陰必有陽，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：宇宙中每一個基本費米粒子必然有相對應(yīng)的反粒子。根據(jù)愛因斯坦E = mc2的質(zhì)能公式，當一個費米子遇上它的反粒子，它們會相互湮滅，從而使兩個粒子的質(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為是絕對真理。然而，會不會存在一類沒有反粒子的粒子，或者說正反同體的粒子？1937年，意大利理論物理學(xué)家埃托雷·馬約拉那(Ettore Majorana)在他的論文中猜測有這樣神奇的粒子存在，即我們今天所稱的馬約拉那費米子。不幸的是，他本人做出這一猜測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)家門夢寐以求的探索目標。

科學(xué)家們認為，在粒子物理中，標準模型范疇之外的中微子可能是馬約拉那費米子。而要驗證這一猜想，需要進行無中微子的beta雙衰變實驗?？上У氖?，這項實驗所要求的精度在今后的10年到20年以內(nèi)都難以達到。

張首晟把突破口轉(zhuǎn)向凝聚態(tài)物理。從2010年到2015年，張首晟團隊連續(xù)發(fā)表三篇論文，精準預(yù)言了實現(xiàn)馬約拉那費米子的體系及用以驗證的實驗方案。來自加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校和加利福尼亞大學(xué)歐文分校的兩個實驗團隊依照張首晟的理論預(yù)測，成功發(fā)現(xiàn)了手性馬約拉那費米子，為持續(xù)了整整80年的科學(xué)探索畫上了圓滿的句號。

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