“神秘”Majorana費米子或?qū)F(xiàn)身
1937年，隨著量子力學的興起，意大利理論物理學家Ettore Majorana提出可能存在一種新型的奇特粒子，即現(xiàn)在名為Majorana費米子的粒子。經(jīng)過75年的追尋，研究人員近期終于發(fā)現(xiàn)了Majorana費米子存在的一個可靠證據(jù)。而這一發(fā)現(xiàn)就如同找到了一把通往拓撲量子計算時代的 “鑰匙”。
早在Majorana之前，奧地利物理學家Erwin Schr?觟dinger就提出了描寫量子行動和互動的方程式。英國物理學家Paul Dirac點綴了該方程式，使其能夠適用于費米子，并且將量子力學和愛因斯坦的相對論結(jié)合在了一起。同時Dirac的研究還指出了反物質(zhì)的存在，并暗示某些粒子可以作為其本身的反粒子，如光子，但費米子卻被認為并非此類粒子。后來，Majorana延伸了Dirac方程式，認為可能存在一種新的費米子能夠作為其本身的反粒子，這種粒子就是Majorana費米子。
然而，Majorana費米子始終披著神秘面紗，從20世紀到21世紀，*物理學家一直在努力尋找它。Majorana也曾提出，一種中微子——電中性粒子的些微聚集，可能剛好符合他提出的這種假設粒子的要求。
幾十年過去了，理論物理學家發(fā)現(xiàn)調(diào)整大量電子的移動也許能夠模仿Majorana費米子，而且，被稱為“準粒子”的這些集體運動的表現(xiàn)與同類型的基本粒子非常像。日前，荷蘭代爾夫特理工大學物理學家Leo Kouwenhoven和同事發(fā)現(xiàn)了這些準粒子的跡象，并將研究報告在線發(fā)表在《科學》上。
Kouwenhoven研究小組專門設計了實驗使用的晶體管。早前的理論假設就提到，如果其中一個電極是超導體，并且電流在磁場中流過一個特殊的半導體納米線，就可能促使電子在納米線的另一端表現(xiàn)得像Majorana費米子一般。理論還進一步指出，如果研究者試圖在磁場外從標準電極中輸送電流到超導電極，電子可能在超導體中反彈，因此超導電極中檢測不到電流。但是，如果磁場開啟，將能觸發(fā)Majorana費米子的存在，這樣電子將會進入超導體，并在電流中出現(xiàn)跳躍。
Kouwenhoven研究小組則發(fā)現(xiàn)了這一電流尖峰。而且，當研究人員改變誘發(fā)Majorana費米子的任何一個條件時，例如關(guān)閉磁場，用金屬電極更換超導電極，第二個電極中的電流尖峰就會消失不見。
然而，這一結(jié)果并不能直接證實Majorana費米子的發(fā)現(xiàn)。美國加利福尼亞大學理論物理學家Jason Alicea認為，這個荷蘭研究小組為消除其他可能的解釋做出了非常引人矚目的工作。但是，他也指出，該研究并不能*證實Majorana費米子的存在。
如果找到了這種“神奇粒子”，將使在固體中實現(xiàn)拓撲量子計算成為可能，人類也將進入拓撲量子計算時代。因為當相互移動兩個Majorana費米子時，它們能夠“記得”自己以前的位置，這一性質(zhì)可以用來編碼量子級別數(shù)據(jù)。
