张首晟谈天使粒子 11年完成找到马约拉纳费米子

都说任何科学成就都不是一蹴而就的,据张首晟介绍,这次能完成找到“马约拉纳费米子”,自己用时11年。“11年其实不算长,但我们三次预言成功。这个在我的人生当中,以后回忆或许是最辉煌的11年。”张首晟说。

  原标题:专访|张首晟谈天使粒子,问科研有啥用、能不能得诺奖不合适

  近日,在张首晟、何庆林、寇煦丰、王康隆等4位华人科学家的带领下,中美科研团队实现了物理学里的重大突破:找到了正反同体的“天使粒子”——手性马约拉那费米子模。国际物理学界追寻马约拉那费米子已有80年。

  研究成果发布在《科学》杂志上后,论文通讯作者之一、美国斯坦福大学教授张首晟成为媒体关注的焦点。有媒体文章认为,张首晟在物理学取得的成就,足以为他赢得诺贝尔奖,获奖只是时间问题。针对这样的观点,张首晟在接受澎湃新闻(www.thepaper.cn)电话专访时进行了回应:“我在国内工作了很长时间,也和国内媒体、科学界有过很多的接触。我现在发现一个现象,一旦有重大的科学发现,始终会听到两个问题。第一个问题是这个科学发现到底有没有用,第二问题是这个科学发现能不能得诺奖。我觉得这两个问题问得都不恰当,也是不合适的。”

张首晟

  张首晟

  54岁的张首晟说,自己的偶像是爱因斯坦,而翻看爱因斯坦获得诺贝尔奖的经历可以发现,爱因斯坦是在解释光电效应18年后才获得诺贝尔奖的。

  “如果外界整天只想问科学家这两个问题,而他们也认为这是科学动力的话,我想绝大多数人会对这个结果失望的。”张首晟告诉澎湃新闻。

  现在,张首晟除了担任斯坦福大学教授外,还成立了投资公司,其创立的丹华资本已经在美国、中国进行投资。

  “天使粒子”以及“马约拉纳费米子”

  要解释张首晟团队这次的发现,首先得追溯到1928年。当时,物理学家保罗·狄拉克(Paul Dirac)做出了一个惊人的预测:宇宙中的每个基本粒子都有一个与其对应的反粒子——电荷相反的“双胞胎”。当粒子与反粒子相遇时,它们会湮灭,同时释放出一股能量。这一预测随后被实验证明。

狄拉克

  狄拉克

  接着时间推进到1937年,意大利理论物理学家埃托雷·马约拉纳(Ettore Majorana)在他的论文中提供了另一种预测:在一类被称为“费米子”的粒子(包括了质子、中子、电子、中微子和夸克)中,应该有一些粒子,自己就是自己的反粒子,并可以用一个波动方程来描述。不过可惜的是,马约拉纳在做出这一预测后,自己也神秘消失了。至此,人类也踏上了寻找这一神奇粒子的漫长过程。

马约拉纳

  马约拉纳

  虽然凝聚态物理实验一般无法直接观测到真正的“基本粒子”,但实验中产生的特定现象,符合“基本粒子”的特征表现,可以说是非常重要的“准粒子”。张首晟团队这次在拓扑绝缘体和超导体组成的系统中发现的手性马约拉纳费米子,就符合马约拉纳费米子的波动方程,能有力证实这种“天使粒子”的存在。

  在张首晟的团队之前,也有许多科研团队在寻找“马约拉纳费米子模”,其中就包括上海交通大学教授贾金锋团队。2016年6月,国际顶级物理学刊物《物理评论快报》(Physical Review Letters)在线发表了贾金锋教授及其合作者的论文。论文中,贾金锋团队通过巧妙的实验设计,率先观测到了在涡旋中的马约拉纳费米子的踪迹。

  那么这次,张首晟团队的研究与之前的一些科学探索又有哪些不同?“我们这次的发现是和以前的零能模不一样,我们发现的粒子, 它既是一个波也会动,是真正满足马约拉纳波动方程的粒子。”张首晟告诉澎湃新闻。

  阐述各自实验的不同前,或许大家需要对观测“马约拉纳费米子”有个判据,即在什么样的条件下,才算是成功观测到“马约拉纳费米子”。麻省理工学院物理学教授李雅达提出了一个评判标准:在实验中,需要测到奇数个马约拉纳零能模;并且微分电导应达到量化值。

  依据这个实验判据,张首晟认为:“如果是用100分来表示李雅达判据的话,那么以前的实验做到了1-10分,但我们团队做到了99-100分。”

  “11年3次预言正确,这是我最辉煌的11年”

  都说任何科学成就都不是一蹴而就的,据张首晟介绍,这次能完成找到“马约拉纳费米子”,自己用时11年。

  “11年其实不算长,但我们三次预言成功。这个在我的人生当中,以后回忆或许是最辉煌的11年。”张首晟说。

张首晟团队搜寻手性Majorana费米子的实验平台

  张首晟团队搜寻手性Majorana费米子的实验平台  在采访中,张首晟把自己的研究比作做蛋糕。这个“蛋糕”在2006年就开始做了,也就是张首晟的“成名作”拓扑绝缘体。2007年,德国的实验小组在拓扑绝缘体中验证了张首晟所预言的量子自旋霍尔效应。

  到了2008年的时候,张首晟的理论小组就想“把蛋糕做得更好一点”,准备在里面放一些“草莓”。这些“草莓”是一些磁性材料。当时他们预言拓扑绝缘体加入磁性材料后,会观测到量子反常霍尔效应。2013年,清华大学薛其坤教授验证显示,果然如此。

  2010年,张首晟团队又在蛋糕里面,加了一些“奶油”,而奶油就是超导体。“我们的理论当时就是预测说你做出了蛋糕,加了草莓,加了奶油后,就会发现手性马约拉纳费米子。蛋糕从上面看是一个二维的,它有个边缘。那马约拉纳费米子出现时只会顺时针走, 不会逆时针走。它既是粒子,也是波,在这个意义下它就是手性马约拉纳费米子。”张首晟说。最终的实验结果也没让张首晟失望。

  在11年的科学探索中,张首晟曾在2014年无限接近诺贝尔物理学奖。当时,汤森路透给出的物理学奖热门人物就有张首晟。可惜,张首晟与那年的诺贝尔奖擦肩而过。

  “我觉得当时的预测是客观分析,但和我主观意识其实没有很大联系。对我自己个人来说,就不应该做这样的预测。我可以非常肯定的告诉你,得不得诺奖对我来说不那么重要。如果一个科学家整天想着得奖的事情,我觉得他不会有很大的成就,而且每天都会过的非常漫长。但如果你把科学探索想成一个探险,把大自然想成一个艺术品,你的预言,大自然居然都帮你实现了,那你每天都会过得非常享受。”张首晟告诉澎湃新闻(www.thepaper.cn)。

  投资人与学术研究

  或许是受斯坦福大学浓厚的创业氛围影响,2013年9月,张首晟与自己的学生谷安佳一起,创立了丹华资本(Danhua Capital)。据张首晟介绍,“丹”取之于斯坦福,“华”取之于中华,意在成为中国连接世界创新创业的发源地——斯坦福大学和硅谷的高速桥梁。以斯坦福和硅谷为核心,丹华资本专注于投资美国最具颠覆性和影响力的科技成果和商业创新。根据PitchBook的资料显示,丹华资本的投资组合中的“独角兽”已有9个。

  “目前,丹华资本在斯坦福附近有2期美元基金,北京也有1期10亿元的人民币基金。”张首晟说。尽管成立才4年,根据crunchbase资料,丹华资本已经对58家公司进行了77笔投资。

  在众多的投资领域中,张首晟告诉澎湃新闻,自己非常看好人工智能在垂直领域里的发展潜力。在其投资的公司中有做自动驾驶的Auto-X,也有做利用人工智能算法防止金融数据诈骗的公司,以及利用大数据挖掘开发更好的教育产品的公司。

  “在选择公司时,我会更看重所在领域的技术是否前沿,以及这个公司团队是不是有快速学习的能力。现在,许多投资都是我最后拍板决定。”张首晟说。

  一边是做学术研究,一边是做投资。对于这样的双重身份,张首晟乐在其中。他告诉澎湃新闻(www.thepaper.cn),虽然自己的偶像是爱因斯坦,但他也想成为达·芬奇、富兰克林这样的人。

  “我觉得在达·芬奇和富兰克林身上,我看到了科学家的不同方向。他们既有伟大的科学研究,又在艺术、商业甚至政治上有自己的成就。”张首晟说。

责任编辑:谭雅文
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