什么是“天使粒子”?

什么是“天使粒子”?

作者:苗千

2017-08-19·阅读时长5分钟

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诺贝尔物理学奖得主、麻省理工学院理论物理学家弗兰克·维尔切克

过去几年来,尽管造成过种种误解,人们也开始逐渐习惯了在粒子标准模型中有着特殊地位的希格斯玻色子被称为“上帝粒子”,这本来是媒体在报道粒子物理学的进展时记者与编辑的一个误会,如今却已经成为希格斯玻色子的别名。2017年7月21日,《科学》(Science)杂志上刊载的一篇论文,又让“天使粒子”一词进入了人们的视野,难免会让人感到莫名其妙。这是怎么样的一个粒子,又因何得名?

在《科学》杂志上刊登的是来自加州大学和斯坦福大学的几位华裔物理学家合作研究的成果——《绝缘体-超导体结构量子反常霍尔效应的手性马约拉纳费米子模式》(Chiral Majorana Fermion Modes in a Quantum Anomalous Hall Insulator-Superconductor Structure),论文的标题读起来或许有些拗口,但它所展示的是通过凝聚态物理学技术,一种新的手段,模拟出了一种仅仅在理论中存在的奇异粒子。


英国物理学家保罗·狄拉克

1928年,英国物理学家保罗·狄拉克(Paul Dirac)将量子力学的基础——薛定谔方程进行推广,使之与狭义相对论相容,提出了“狄拉克方程”。这个方程展示出了极强的预测能力。根据狄拉克方程的描述,每个费米子都应该有一种与之质量相同、电量相反的粒子,被称为“反粒子”(anti-particle),这个预测第一次让人意识到了反物质存在的可能。1932年,人们在宇宙射线中发现了带有正电荷的电子的反粒子:正电子,反物质的概念得到了验证。

延续狄拉克的论断,意大利物理学家埃托雷·马约拉纳(Ettore Majorana)在1937年发表论文,提出了可能存在着一种奇异的费米子,它就是其自身的反粒子,这种假想中的粒子随后也就被称为“马约拉纳费米子”(Majorana fermion)。迄今为止80年的时间过去了,尽管很多物理学家相信马约拉纳费米子确实存在,但人们仍然未发现确切的实验证据。很多人猜测,在宇宙中粒子数量排名第二,无时无刻不在穿越地球和我们的身体的中微子可能就是一种马约拉纳费米子,但是问题在于中微子以接近光速的速度在宇宙中穿行,极少与其他任何物质发生相互作用,想要对其进行可控的实验难度极大。

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苗千

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