天使粒子（“天使粒子”，是梦幻还是现实）

我找到了天使粒子的“足迹”，却没有看到它的“真身”

多年来，物理学家为寻找“马约拉纳费米”进行了艰苦的探索。张首晟选择凝聚态物理作为突破口，从2010年到2015年发表了三篇论文，给出了实现Mayorana费米子的系统和验证的实验方案。

随后，根据张首晟的理论，加州大学洛杉矶分校、加州大学戴维斯分校、加州大学欧文分校、上海科技大学等实验团队宣布发现“手性马约拉纳费米子模式”，并于2017年在《科学》杂志上发表研究论文。张首晟将这个新发现的“手性马约拉纳费米模块”命名为天使粒子。

王康龙、张首晟等科学家团队于2017年在《科学》杂志上发表了他们的研究成果。截图来自《科学》杂志。

然而，文章的第一作者、洛杉矶加州大学的潘磊说:“Mayorana费米子原本是高能物理的一个概念，它是一个质量基本粒子。很多人认为中微子是马约拉纳费米子。在这里，有必要解释一下，现在所有的发现其实都不是关于Mayorana费米子的，而是关于‘符合Mayorana费米子的激发态’”。

将超导体重叠在磁性拓扑绝缘体上，将形成拓扑超导体，从而发现“天使粒子”。然而，磁性拓扑绝缘体与超导体的重叠并不仅仅来自于王康龙和张首晟等科学家的期刊文章。

“天使粒子”发现后，各大媒体争相报道，甚至出现了“准粒子”的虚假传说。《科学美国人》指出，“就连科研团队本身也从未声称找到了马约拉纳费米子，而是称之为马约拉纳费米子模块，这是一个字差，而且文章很多”。简单来说，我找到了“脚印”，却没有看到“真身”。

在《科学》杂志的这篇文章中，提到该团队在实验中观察到了“一维手性马约拉纳费米子模式”。事实上，研究团队在实验中看到的是霍尔效应的“半整数平台”，这是对马略拉那准粒子存在的重要理论预测。对此，马深理工学院教授温小刚曾表示，“这个实验直接测量了半整数量子化电导，间接意味着手性马约拉纳费米子存在的可能性”。

“天使粒子”的实验观测现象可能是由“短路”引起的

2020年1月3日，美国宾夕法尼亚州立大学的常翠祖等科学家在《科学》杂志上发表了一篇文章，表明在类似的实验平台上观察到的结果是不同的，他们只观察到了一种类似“短路”的现象。

常翠祖研究团队在《科学杂志》发表的最新论文截图来自《科学杂志》。

由常翠祖领导的宾夕法尼亚州立大学和德国维尔茨堡大学的物理学家团队试图重复加州大学洛杉矶分校团队的实验结果，但发现“毫米量子反常霍尔绝缘体和超导体异质结中的半整数量子化电导平台的边缘电流不是由手性马约拉纳费米子引起的”。

反常量子霍尔绝缘体与超导体之间的耦合机制形成新的拓扑量子态，超导体附着在反常量子霍尔绝缘体的上部(如图左图)；宾夕法尼亚州立大学和德国维尔茨堡大学的实验表明，该器件几何结构中使用的毫米超导体产生电短路，不符合手性马约拉纳费米子的理论预测(如右图所示)；图片来自宾夕法尼亚州立大学官网

研究团队测试了30多种类似于2017年研究报告中用于产生“天使粒子”的设备样品，但这种重复实验中的现象很难用手性马约拉纳费米理论预测的物理模型来解释。研究团队认为，与量子反常霍尔绝缘体紧密接触的超导体只是将两侧的量子反常绝缘体进行简单的电连接，这种“短路”电路导致了观测到的半整数量子化电导平台。简单来说，在新的重复实验中，研究人员认为观测到的半整数量子平台是由“短路”引起的，而不是由“天使粒子”引起的。

宾夕法尼亚州立大学第一纳米中心主任Moses Hung-Wai Chan表示，“事实上，宾夕法尼亚州立大学和维尔茨堡的两个实验室在各种设备配置下都获得了完全一致的结果，这让人们严重怀疑理论上提出的实验几何的有效性，对2017年‘天使粒子’的观测提出了质疑”。

然而，宾夕法尼亚州立大学博士后研究员Morteza Chear也是这一重复实验的参与者之一，他表示，“量子反常霍尔绝缘体和超导的结合是实现手性Mayorana费米子的一个有吸引力的方案，但我们的同行理论家需要重新思考器件的几何结构”。

结束语

经过80多年的艰苦探索，马约拉娜·费米就像歌剧魅影一样让人捉摸不透。曾一度认定它在凝聚态物理的流行材料上留下了“足迹”。因为涉及到拓扑量子计算机的构建，所以对马约拉纳费米的研究意义重大，但梦想能否成为现实还需要时间的检验。

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