美國(guó)普林斯頓大學(xué)和德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的一個(gè)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)近日宣布，他們已經(jīng)找到了神秘莫測(cè)的馬約拉納費(fèi)米子。在此之前科學(xué)家已經(jīng)尋找了近80年! |
BI中文站 10月5日?qǐng)?bào)道
美國(guó)普林斯頓大學(xué)(Princeton University)和德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校(University of Texas at Austin)的一個(gè)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)近日宣布，他們已經(jīng)找到了神秘莫測(cè)的馬約拉納費(fèi)米子(Majorana fermion)。在此之前科學(xué)家已經(jīng)尋找了近80年!
馬約拉納費(fèi)米子最早是由意大利物理學(xué)家埃托雷?馬約拉納(Ettore Majorana)于1937年預(yù)測(cè)的。這種粒子是獨(dú)一無(wú)二的，因?yàn)樗俏ㄒ煌瑫r(shí)具有物質(zhì)與反物質(zhì)特性的粒子。
科學(xué)家只用了48年就發(fā)現(xiàn)了希格斯玻色子(Higgs Boson)。但直到2001年，沒(méi)有人真正知道如何去尋找馬約拉納費(fèi)米子，這就是為什么科學(xué)家用了將近一個(gè)世紀(jì)的時(shí)間才發(fā)現(xiàn)它。
實(shí)際上，馬約拉納費(fèi)米子出人意料地穩(wěn)定，同時(shí)又是極其難以捉摸。
通常當(dāng)物質(zhì)粒子接觸到他們的反物質(zhì)相對(duì)物時(shí)，其結(jié)果是能量的強(qiáng)烈爆炸。有些人認(rèn)為，反物質(zhì)湮滅將是為火箭和宇宙飛船提供能量的很好方式。因此，人們可能會(huì)認(rèn)為，一個(gè)粒子如果同時(shí)具備物質(zhì)和反物質(zhì)的特性，它將是極其不穩(wěn)定的。但是，馬約拉納費(fèi)米子不是這樣的。
由于馬約拉納費(fèi)米子具有互相沖突的兩種特質(zhì)，它很少與外界環(huán)境互相影響。這使得它們難以被檢測(cè)到。這也意味著，如果科學(xué)家能夠發(fā)現(xiàn)這種新的粒子，量子計(jì)算將取得又一個(gè)重大進(jìn)步。
與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)不同，量子計(jì)算機(jī)將通過(guò)量子比特(quantum bits)傳輸數(shù)據(jù)。量子比特呈現(xiàn)為量子狀態(tài)，它們能夠同時(shí)既是0又是1。問(wèn)題是，科學(xué)家很難找到一種能夠充當(dāng)量子比特同時(shí)又不容易與附近物質(zhì)互相作用——這種相互作用將破壞量子系統(tǒng)——的粒子。但馬約拉納費(fèi)米子可以解決這個(gè)難題。
為了觀察到這種難以捉摸的粒子，科學(xué)家不得不使用一個(gè)超大型(兩層樓高)的顯微鏡。這個(gè)顯微鏡現(xiàn)在位于普林斯頓大學(xué)的賈德溫大廳(Jadwin Hall)中。
“如果你想在一種材料里找到這樣的粒子，你不得不使用這樣的顯微鏡，它可以讓你看到粒子在材料里的確切位置?！逼樟炙诡D大學(xué)教授阿里?雅達(dá)尼(Ali Yazdani)在一份新聞稿中說(shuō)。
希格斯玻色子是在粒子加速器中被觀察到的，而雅達(dá)尼和他的團(tuán)隊(duì)希望在一種實(shí)際材料中觀察到馬約拉納費(fèi)米子。這種想法有一個(gè)重要的理由。
“這是更令人興奮的，而且是實(shí)際上有益的實(shí)踐?！毖胚_(dá)尼在新聞發(fā)布會(huì)上說(shuō)，“因?yàn)樗苁箍茖W(xué)家將奇特粒子用于量子計(jì)算這樣的實(shí)際應(yīng)用中?！?/p>
多年的理論計(jì)算已經(jīng)表明，如果馬約拉納費(fèi)米子存在，它們會(huì)出現(xiàn)在一種材料相對(duì)的兩端。
該團(tuán)隊(duì)使用的材料是含鉛的超純水晶?？茖W(xué)家們?cè)谶@種水晶中充滿(mǎn)鐵原子，并讓它們形成一根鐵絲。在零下457華氏度的冰凍條件下，馬約拉納費(fèi)米子在金屬絲的兩端形成。
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