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寻找幽灵粒子——第十期理解未来讲座开讲

发布时间:2020-03-27 06:36:14

  寻找幽灵粒子 外尔准粒子的发现

外尔是物理学家和哲学家。他是大数学家希尔伯特的学生,并是希尔伯特教授职位的继任者。诺贝尔奖获得者Wilczek曾经这样评价他:大多数现代科学家只专注在一个或几个窄的领域,外尔不同,他俯视整个世界。 中科院物理所研究员丁洪的娓娓描述揭开了未来论坛第十期理解未来讲座的主题。

一直以来,科学家把基本粒子分为玻色子和费米子两大类,费米子是组成物质的基本粒子。德国科学家威尔曼 外尔在1929年预言了外尔费米子的存在,无 质量 电子可以分为左旋和右旋两种不同 手性 ,这种电子被命名为 外尔费米子 。但80多年来科学家们始终无法在实验中观测到这种粒子。

2012年和201 年,中科院物理所的理论研究团队首次预言在狄拉克半金属中可实现无 质量 的电子。2014年,该团队首次预言在TaAs等材料体系中可实现两种 手性 电子的分离。这一结果立刻引起了实验物理学家的 科研竞跑 ,此后中国科学院、普林斯顿大学等科研机构为发现外尔费米子展开了激烈的竞争。

而在中科院物理所的陈根富小组首先制备出了外尔费米子可藏身Ta As晶体之后,丁洪小组利用上海光源 梦之线 的同步辐射光束精细测量TaAs晶体,围绕在外尔费米子身上长达86年的神秘面纱终被揭下,基本粒子和准粒子内在统一现代物理学的迷宫纸窗被打开了一个洞。

在本次理解未来讲座上,中科院著名凝聚态理论物理学家于渌,麻省理工学院终身教授文小刚、中国科学院高能物理研究所研究员张双南等物理学界的大师们都对丁洪的突破给予了极高的评价。

中科院物理所之间有非常好的密切协作,还有掌握一流最先进实验方法的团队,物资上的准备也是最好的,因为精密测量水平高和仪器好,所以中国做出的图的质量是一流的。这件事情本身就是一个好的势头,国家的支持、各方的努力和群体形成的力量有一个变化 ,于渌表示。



于渌院士

作为华人最具才华的物理学家之一,文小刚则认为: 凝聚态物理是研究各种各样的材料的科学,最近量子拓扑材料一些研究非常令人激动,包括现在的外尔费米子。基本粒子存在在真空中,真空就是材料,在材料里发现和在真空里发现是一回事。以前做基本粒子的人所想象的东西,结果反而在材料里发现。从这个意义上来说,丁洪的突破意义重大。

文小刚教授

如今,尽管外尔费米子的发现已经引起了国内外物理学界的极大轰动,但其之于现实的意义或许并不被大众所知。

丁洪教授

其实人类的发展,与科学发展特别是物理学的发展是非常相关的,第一次工业革命的成功就是基于人类对于机械运动、牛顿物理的理解。接下来是对于气液态态和电磁态的理解,其实依赖的是热力学和电磁学的发展。接下来是统计力学,知道分子态和原子态。上世纪有了量子力学等新发现,知道电子态和光子态,这些导致了芯片、计算机、、互联网等等的出现。现在发现了外尔费米子,是不是未来会产生手性电子学?有没有可能,确实有可能,有人已经提出了手性电池的想法,但这些都只是设想,未来还不确定,现在就展望外尔费米子的发展将给未来生活带来多大的变化,既不现实,也不科学。 对于未知领域的探索,丁洪一直保持着科学家的严谨和谦虚,事实上,他的上述阐述已经回答了本次理解论坛上很多听众的追问。

而在本次讲座的开场,张双南的致辞也恰恰呼应了丁洪的解答,有幸的是,在每一次理解未来讲座上,我们总能听到这些科学家们理性而深刻的表述:

张双南教授

发现外尔费米子有什么用?我相信很多人一定会问这个问题。我不知道丁洪会怎么回答,但我要给大家讲一个故事。德国的科学家和俄罗斯科学家一起合作造天文卫星,任务是来研究暗能量。当时是总理的普京听完了这个项目汇报之后说我能不能问一个问题,暗能量这个东西有什么用?危险不危险?俄罗斯科学家一脸茫然。德国科学家则回答:总理您的问题极为深刻非常重要,如果100年前我们问爱因斯坦先生相对论有什么用,危险不危险,爱因斯坦先生的回答一定是不知道。今天我们对您的这个问题的答案也是不知道,但是过了100年我们回头来看相对论有没有用,危险不危险,我们已经知道了答案。每一部手机的GPS导航都离不开相对论,能量来源之一的核能也离不开相对论,用的不好也很危险。暗能量我们不知道,以后怎么有用,怎么危险也不知道。外尔费米子有什么用,有没有用,或者危险不危险,可能我们今天也不清楚,正是因为我们不知道,它是什么样,所以我们要来研究它,要来理解它。

 


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