@ 2017.10.20 , 22:00
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马约拉纳费米子的特殊性质

马约拉纳费米子的特殊性质
credit 123RF

最新发现的马约拉纳费米子(Majorana)的特殊性质,为研究人员提供了一个简单的方式,从众多粒子中辨识出真正的马约拉纳费米子。

马约拉纳费米子是以与自身互为反粒子而闻名于世,这一特性使得它们获得了充当某一类量子计算中量子位的提名。但到目前为止,从众多大同小异的旁系费米子中将其识别出来绝非轻而易举的事情。

由美国普林斯顿大学的物理学家领导的一组研究人员发现,分置于一列铁原子两端的一对粒子会产生奇特的自旋。

用扫描隧道显微镜的尖端去检测每个粒子,依据最新发现的这个特性,可以揭示它们是不是赝品。

话说回来,我们本应该把它写成Majorana微粒的。或者用物理学家的术语来说,Majorana zero mode(MZM)。

与亚原子族中的其他费米子(如轻子和夸克)不同,这些异乎寻常的物质其实是众多电子在某些条件下产生的观测性质看起来是粒子的行为。

最终倒是没有太大差别。像其他形式的物质和反物质一样,如果要混合到一起,MZM将以释放出能量的方式彼此湮灭。

自从理论物理学家Ettore Majorana在1937年预言了一种与自身互为反粒子的不带电的纯中性粒子存在之后,这一场寻找纯中性粒子的科学竞赛就已经如同扣动了发令枪的扳机。

电子有反电子——或叫正电子——夸克有反夸克,但到目前为止,还没有人发现哪种费米子是类似MZM具有正反合一性质的。

对大多数实际目的来说,MZMs是最好的。

一种需要使用中性粒子通过2D空间的扭曲路径的强力量子计算机就考虑利用基于MZM这些准粒子的版本。

唯一的技术难题是,有可能制造出属性相近的不同准粒子,彼此混淆。无法有效确认MZM,也就不能保证我们生产出的粒子就是我们所需要的,这使得相关技术一直停滞不前。

几年前,研究人员开发设计了一种在铅晶体表面嵌入铁原子链条形成一维的拓扑超导体的方法,来产生MZMs。

这种铁原子中的电子在电磁场下产生的行为等效于在超导体两端都产生了一个MZM。

为了确保准粒子实际上就是一对MZM,研究人员必须进行一些对照组实验。但即使如此,他们仍然不能肯定那是不是冒牌货。

直到现在,他们发现了它具有独特的自旋属性,可以作为MZM高度可识别的个性签名。

研究人员Andrei Bernevig说:“事实证明,与传统的准粒子不同,Majorana的旋转不会被背景噪音屏蔽。在这个意义上说,这是确认MZM的一个试金石。”

自旋是一种量子性质,描述了粒子的具体自由度,有点像是描述宏观世界里物体是可以上下移动的还是可以前后移动的。

研究人员使用了一种使单个原子相互接近的工具,电子的概率特性使其能够在空间中跳跃或“隧穿”,创造了一个原子间的通道。

通过操纵扫描隧道显微镜的磁场,该通道可以回应微粒的旋转,并提供它们是否是同一种准粒子的信息。

研究人员Ali Yazdani说:“我们的目的是探索MZM一些具体的量子特性,这些实验不仅可以进一步证实它们在拓扑超导体中的存在,而且展现了利用它们的更多可能方式。”

毫无疑问,我们将来会听到更多的关于这种准粒子的发现。

这项研究发表在《Science》。

小科普 费米子是构成存在物质的基础。带电粒子的反粒子是指其他性质相同但是电性相反的粒子;中性粒子的反粒子在一些更复杂的量子数上符号相反。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 13+1

  1. 扩音器
    @1 month ago
    3592065

    还以为是个日本娘们

    [2] XX [28] 回复 [0]
  2. 3592072

    翻这篇的时候就觉得好像少了点什么东西,今早起来查了一下,恍然大雾。原来在这次实验有个背景故事。实际上人们已经寻找马约拉纳费米子长达70年之久,7月份的时候,加利福尼亚大学洛杉矶分校王康隆领导的实验小组第一次找到了疑似MZM的粒子,当时就是利用了文章里提到的方法。实际上这个方法是另一位在量子拓扑超导领域极其有名的华裔科学家张首晟从理论上推演出来的。王做完实验,也是张开了新闻发布会宣布实验证实了他的理论,并且在发布会上起了天使粒子这个名字。经过媒体推波助澜,几乎成了约定俗称,实际上在这之前根本没有物理学家用过天使粒子的名字。当然这也引起部分物理学家的不满,觉得太…炒作,王在接受采访的时候,还提到说应该叫太极粒子~
    问题出现在这里,8月份的时候,另一只麻省理工的华人领导实验团队发布论文说不能保证王找到的就是MZM,所以后面就是本文里提到的实验了,他们找到了验证MZM的关键特征。所以基本给这一系列争论画上句号。张首晟50%的可能能因此拿到诺贝尔奖。王和这篇文里提到的实验领导者也有机会共同领奖。
    最后说,MZM像文章里提到的不是真正的粒子,所以实际上还有一个真的马约拉纳费米子还没有被找到。当然那也是诺贝尔级别的发现

    [26] XX [1] 回复 [1]
  3. 颜瑟
    @1 month ago
    3592074

    感觉像专业八级英语的翻译习题

  4. 喵喵
    @1 month ago
    3592077

    物理学越来越接近真实,也越来越看不懂了

  5. 脑子坏掉了
    @1 month ago
    3592095

    等我脱了裤子慢慢看

  6. 脑子坏掉了
    @1 month ago
    3592100

    衣服都脱完了还是没看懂……

    一直以为所有比原子更小的粒子都是通过对撞发现的……但这个似乎不是?

  7. 戈饭
    @1 month ago
    3592126

    刚才看大数据课程看着心烦,来逛逛煎蛋。果然,还是继续回去看大数据吧,至少用点力还是很得懂。

  8. 3592139

    还是别扯什么炸药奖,去问问老杨给不给弟子站台

  9. CRKeys
    @1 month ago
    3592266

    全篇文章我就看得懂马拉多纳!

  10. CRKeys
    @1 month ago
    3592267

    全篇我就看得懂马拉多纳

  11. 娜娜奇
    @1 month ago
    3592493

    准粒子…大家散了吧

  12. 一剑倾江湖
    @1 month ago
    3592648

    看不懂,但还是希望多有些这类的文章

  13. 浓茶
    @1 month ago
    3592668

    React???

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