物理学家在直接实验中验证了任意子的存在性

5月14日，诺贝尔奖得主弗兰克·维尔切克(Frank Wilczek)在上交李政道研究所(TDLI)做了关于任意子(anyon)的演讲。再往前，巴黎大学、法国科学研究中心和雷恩高等师范学校的研究人员的关于任意子实验证据的论文在4月份被《科学》当做封面文章。

对任意子的确认是当代粒子物理学中里程碑式的发现。

不过要说清什么是任意子，先要简单介绍一下费米子和玻色子。

在已知的物理世界中，万事万物都由两大类基本粒子构成——费米子和玻色子。

基本粒子有一个叫自旋的物理量(至于什么是自旋，它和通常字面上的意思有何区别就不细说了，反正知道它是一个物理量，类似于质量，电荷数)，而费米子的自旋都是半整数，如0.5、1.5、2.5……，相对的，玻色子的自旋是整数。

功能上，可以理解成物质主要由费米子构成，如电子就是费米子。费米子有一个特性，就是不同的费米子无法占据同一个量子态；所以原子核外的电子拥有不同能级的轨道——这也是著名的泡利不相容原理的本质。

玻色子则是物质之间相互作用的媒介的。著名的光子就是玻色子——电磁力通过交换光子实现。目前除了引力之外，其它几种基本力，都有自己的玻色子媒介。同时显而易见的(想想光束)，玻色子不受泡利不相容原理的制约，可以聚集在一起。

那么任意子是什么呢？

任意子是既非费米子，又非玻色子的第三种粒子！任意子的得名，来自于它的自旋可以是任意值。这种粒子突破了既有的理论框架，所以说，用实验证实任意子的存在，是当代里程碑式的成就。

最开始，物理学家借助拓扑学意识到，在二维系统中存在第三种粒子，但并没有直接的实验证据。

80年代，超导方面的专家在研究二维材料时，发现了所谓的“分数量子霍尔效应”。当时已经是诺奖得主的维尔切克与另两位作者发表了一篇论文，指出分数量子霍尔效应中显示出的准粒子系统就是任意子。

可惜的是，虽然他们的理论非常合理，但依然缺少真确的实验证据。直到2016年，莱比锡大学、哈佛大学和苏黎世联邦理工学院的物理学家在理论上设计出了一种二维的微型粒子对撞机——需要显微镜才能观察到内部零件——可以用来验证任意子的存在性。

发表在《科学》的论文，三位物理学家描述了自己如何实现了上面的设计，同时观察到与理论预言相一致的任意子特征！