华裔科学家张首晟发现的“天使粒子”究竟是什么？

今天，科学杂志发表了张首晟教授及其合作者的一篇论文。这个工作体现了理论与实验的很好结合。张老师是此项工作的理论负责人，实验团队根据张老师的理论方案，在二维反常量子霍尔效应绝缘体（即磁性拓扑绝缘体）与超导体的一维界面，发现导电性质表明电子的集体行为表现出马约拉纳费米子的行为。

归根到底，这是固体材料中的电子的行为。但是，大量电子在固体的环境（原子核阵列以及外部条件比如磁场所形成的复杂势能）以及它们自己之间的相互作用下，可以简洁地用所谓“准粒子”来描述，也就是说这里的大量电子的表现就像在最低能量的状态基础上，激发出大量“准粒子”。为了强调这些“准粒子”是在新的层次上演生出来，而它们在其所在的环境中就类似我们的宇宙中的基本粒子，我们还可以称它们为“演生粒子”。

现在，张老师及其合作者在某个特定固体环境中，找到了类似马约拉拉纳费米子的演生粒子。所谓“找到”，是说导电行为必须要用马约拉纳费米子来解释。他们发现的马约拉纳费米子是在二维磁性拓扑绝缘体与超导体的一维边界，这导致它是手征性的，也就是说沿着一个方向跑。

费米子是这样一种量子粒子。在同一个系统中，同种费米子的状态（考虑所有的的指标）必须各不相同。电子（不管是在自由空间中还是在固体材料中）就是费米子。马约拉纳费米子是这样一种特殊的费米子，即它的反粒子是它自己。 反粒子可以如下定义：产生一个反粒子，相当于消灭一个与之很多性质（动量、角动量、电荷等等）相反的粒子。反之亦然，正反粒子是相对的。宇宙自由空间中还没有发现马约拉纳费米子，中微子有可能是，也有可能不是，答案还不知道。

张老师将马约拉纳费米子称为天使粒子，因为他注意到小说《天使和魔鬼》中，正反粒子湮灭，世界消失，而马约拉纳费米子可以比喻为，这里只有天使，没有魔鬼。