張首晟。趙永新攝

諾貝爾獎獲得者Frank Wilczek評價(jia) 這項工作時說：張首晟與(yu) 團隊設計了全新的體(ti) 係，並在實驗中清晰地測量到馬約拉那費米子，這真是一項裏程碑的工作。

國際同行指出：發現馬約拉那費米子是繼發現“上帝”粒子(希格斯波色子)、中微子、引力子之後的又一裏程碑發現，不僅(jin) 具有重大的理論意義(yi) ，而且具有重要的潛在應用價(jia) 值：讓量子計算成為(wei) 現實。

“神秘的正反同體(ti) 粒子，讓我們(men) 等了80年”

在物理學領域，構成物質的最小、最基本的單位被稱為(wei) “基本粒子”。它們(men) 是在不改變物質屬性前提下的最小體(ti) 積物質，也是組成各種各樣物體(ti) 的基礎。基本粒子又分為(wei) 兩(liang) 種：費米子和玻色子，分別以美國物理學家費米和印度物理學家玻色的名字命名。

東(dong) 方西方哲學家都認為(wei) ，人類似乎生活在一個(ge) 充滿正反對立的世界：有正數必有負數，有存款必有負債(zhai) ，有陰必有陽，有善必有惡，有天使必有惡魔。 1928年，偉(wei) 大的理論物理學家狄拉克(Dirac)作出驚人的預言：宇宙中每一個(ge) 基本費米粒子必然有相對應的反粒子。根據愛因斯坦E = mc2的質能公式，當一個(ge) 費米子遇上它的反粒子，它們(men) 會(hui) 相互湮滅，從(cong) 而使兩(liang) 個(ge) 粒子的質量消失並轉化為(wei) 能量。

從(cong) 此以後，宇宙中有粒子必有其反粒子被認為(wei) 是絕對真理。然而，會(hui) 不會(hui) 存在一類沒有反粒子的粒子，或者說正反同體(ti) 的粒子？1937年，意大利理論物理學家埃托雷·馬約拉那(Ettore Majorana)在他的論文中猜測有這樣神奇的粒子存在，即我們(men) 今天所稱的馬約拉那費米子。不幸的是，他本人做出這一猜測後在一次乘船旅行中神秘失蹤。自此以後，尋找這一神奇粒子成為(wei) 了物理學家門夢寐以求的探索目標。

科學家們(men) 認為(wei) ，在粒子物理中，標準模型範疇之外的中微子可能是馬約拉那費米子。而要驗證這一猜想，需要進行無中微子的beta雙衰變實驗。可惜的是，這項實驗所要求的精度在今後的10年到20年以內(nei) 都難以達到。

張首晟把突破口轉向凝聚態物理。從(cong) 2010年到2015年，張首晟團隊連續發表三篇論文，精準預言了實現馬約拉那費米子的體(ti) 係及用以驗證的實驗方案。來自加利福尼亞(ya) 大學洛杉磯分校和加利福尼亞(ya) 大學歐文分校的兩(liang) 個(ge) 實驗團隊依照張首晟的理論預測，成功發現了手性馬約拉那費米子，為(wei) 持續了整整80年的科學探索畫上了圓滿的句號。

張首晟將這一新發現的手性馬約拉那費米子命名為(wei) “天使粒子”，這個(ge) 名字來源於(yu) 丹·布朗的小說及其電影《天使與(yu) 魔鬼》。“這部作品描述了正反粒子湮滅爆炸的場景。過去我們(men) 認為(wei) 有粒子必有其反粒子，正如有天使必有魔鬼。但今天，我們(men) 找到了一個(ge) 沒有反粒子的粒子，一個(ge) 隻有天使，沒有魔鬼的完美世界。”張首晟說。