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作者：张首晟（斯坦福大学）

不少科学家的哲学造诣都很高。在哲学中，有着正负对立的世界观：有阴必有阳、有正必有负、有天使就会有魔鬼。这种哲学观念是如何在物理世界呈现的呢？

Paul Dirac是与爱因斯坦、杨振宁齐名的伟大理论物理学家。他想把爱因斯坦的狭义相对论和量子力学统一起来，在这个过程中，他做了一个简单的数学运算——开根号。大家都知道，开完根号后一般会得到正负两个解，Dirac把这个简单的数学原理抽象出正负对立的哲学观，运用到理论物理学层面，即为：所有的粒子必然有一个反粒子。

 

Paul Dirac 保罗·狄拉克

1928年，虽然他提出了“反粒子”，但世界并没有发现这个现象。当时人们对他的理论提出了质疑，Paul Dirac依然坚持自己的理论，给出了方程曲线。几年之后，电子的反粒子——正电子果然在宇宙射线中被发现，验证了有史以来最伟大的理论预言之一。

 

从此以后，宇宙中有粒子必有其反粒子被认为是永恒不变的真理。但是会不会有这样一类没有反粒子的粒子，或者说它们自身就是自己的反粒子？

1937年，也就是81年前，伟大而神秘的意大利理论物理学家Ettore Majorana 猜测有这样神奇粒子的存在，这也就是我们今天所称的Majorana费米子，而Majorana本人在文章泄露天机之后不久就失踪而从此销声匿迹了，这位传奇的意大利理论物理学家一生只写过10篇文章。从那开始，寻找这一神奇粒子也就成了物理学中许多领域研究工作的崇高目标。

 

在无限深方形阱里，两个全同费米子的反对称性波函数绘图。

2010到2015年期间，张首晟与其团队连续发表三篇论文，精准预言了在哪里能够找到Majorana费米子，继而指出哪些实验信号能够作为铁证如山的证据。手性Majorana费米子的发现为持续了整整80年对这一神秘粒子的搜索画上了圆满的句号。

《天使与魔鬼》电影海报

类比Dan Brown描述正反粒子湮灭爆炸的小说《天使与魔鬼》，张首晟提出这一新发现的手性Majorana费米子应该称为天使粒子：我们发现了一个完美的世界，那里只有天使，没有魔鬼。

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关 于 作 者

张首晟 教授

（2018年12月1日去世，终年55岁）

美国华裔物理学家

斯坦福大学终身教授

美国科学院院士

中科院外籍院士

中国国际科学技术合作奖获得者（2017年度）

张首晟教授对拓扑绝缘体、量子自旋霍尔效应、自旋电子学、高温超导等领域的研究具有重大贡献，他是“天使粒子”和“量子自旋霍尔效应”发现者，曾师从著名物理学家、诺贝尔物理学奖得主杨振宁。

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