张首晟发现天使粒子?那么马约拉纳又是谁?……

作者:蝌蚪君来源:蝌蚪五线谱发布时间:2017-07-21

说说马约拉纳与张首晟院士。

  2017年7月20日,著名物理学家张首晟及其研究团队召开新闻发布会,宣布他们在美国的《科学》杂志上发表了一项重大发现。这个重要发现是:在整个物理学界历经80年的探索之后,他们终于发现了手性马约拉纳费米子的存在——这个新发现的粒子,被张首晟院士命名为“天使粒子”。

  这里瞬间就出现了两个物理学家的名字:“费米”与“马约拉纳”。其中对于费米大家都比较熟悉,他是实现人工核反应堆(原子弹)的首席科学家,也是李政道先生在芝加哥大学读博士时候的博士论文导师,那么,问题来了——

  谁是马约拉纳?

  假如你去一个海滨城市,在某个浪漫暧昧的夜晚,徐徐海风吹拂之下,一些游轮餐厅也许会放着这样的音乐,那是Rod Stewart 的《SAILING 》:

  I am sailing, I am sailing ……cross the sea.

  I am sailing stormy waters, ……

  ……

  I am dying……

  其实,这首歌是非常适合来描述马约拉纳这个人的呢。

  事情还要从20世纪20年代中期说起,那是在物理学的复兴之路上的意大利,伽利略的物理学后裔费米在意大利开始经营他的新罗马帝国。当时, 费米在罗马大学组建了一个物理研究所,这个组里汇集了一批意大利当时最优秀的青年物理学家,21岁的帅哥马约拉纳也在这个研究组里。

0-62

马约拉纳

  当时他俩都是只有二十几岁,梦想都很大,说话也很随便。

  马约拉纳说:“每隔500年才有一个类似阿基米德或牛顿这样的科学家出现,而每隔100年就会有1至2个爱因斯坦和玻尔这样的人出现。”

  费米说:“那费米是几百年出一个?”

  马约拉纳说:“我们谈的是爱因斯坦与玻尔……”

  马约拉纳是一个很有天赋的物理学家,他的分析与计算能力对整个研究组的帮助很大。

  只要有他在的地方,就没有人会用计算尺和笔算。马约拉纳能够口算出243的平方根乘以578的立方根等于多少这样的数学题……费米和他曾有过一场计算能力的PK,费米用纸笔尺,马约拉纳只用脑子,然后比赛结果是平局……而众所周知,费米的计算能力也是非常强的:后来在美国爆炸原子弹的时候,他就站在很远之外,手里拿张纸,撕成碎纸片。原子弹的冲击波来了,他把纸一扔,然后根据纸片被卷走的高度、速度和距离计算原子弹释放的能量值。冲击波走了,费米就算出来了,而且计算出来的结果和精密仪器测试的结果不相上下……

  马约拉纳对自己的研究工作自我要求很高,他很少发表研究成果,除非他本人觉得研究结论已经无可挑剔。

  一九二九年,费米研究组的成员之一瑞萨缇(Franco Rasetti)在美国加州理工学院进行访问研究时,测量了氮原子核的自旋数,其结果是“一”,这让当时的物理学家很费解。马约拉纳立刻意识到原子核应该是由带正电的质子和一种不带电的、质量与质子相近且自旋亦为二分之一的粒子所组成。他把这种粒子叫做 “中性质子”,也就是人们后来发现的中子。具体到氮原子核,其组成应为七个质子加七个“中性质子”。他同时也意识到,为了使原子核不致因内部的质子们 “同性相斥”而分崩离析,核内一定存在一种比电磁力强得多的相互作用力,他称之为“交换作用力”——这就是后来人们所说的强相互作用力。不过可惜的是,马约拉纳这个人非常低调,甚至有些消极,他没有发表这些结果。

  几个月后,俄国的一个名字叫伊万年科(Dmitri Ivanenko)的物理学家也认识到了中子的存在,发表了相关的文章。费米抱怨他坐失良机,马约拉纳也仅仅只一笑置之——从这里也许可以看出马约拉纳是一个比较淡漠的青年,可能还有点抑郁,从这里倒可以解释他具有某种先天的自杀倾向。

  马约拉纳之死

  1932年,马约拉纳辞去了在罗马大学物理研究所的职位,开始了长达四年几乎足不出屋的“闭关”生活。

  1938年3月25日他给家人和他任职的那不勒斯大学物理研究所所长卡瑞利(Antonio Carrelli)各留了一封信后,就登上了一艘开往西西里首府巴勒莫的邮船。一般人和警方都把这两封信解读为绝命书——因为从此以后马约拉纳就在人间消失了。

  自杀?

  他杀?

  溺水?

  有两件事令人费解——他在去巴勒莫之前支领了半年的薪水并带走了所有重要的科研笔记,这不像一个准备自杀之人所为,看起来更像是去“龙泉寺”隐居的。在他平安抵达了巴勒莫以后,又发了一封电报和一封信给卡瑞利。电报仅一句话“别紧张,信随后就到”,在他的信里则明确说他放弃了自杀的念头。

  根据售票记录,他确实买了返回那不勒斯的船票,而且有个同舱人(三人住一间舱房)曾作证说,他在那不勒斯下船时,马约拉纳还在舱里睡觉。

  但马约拉纳从人间蒸发的事情真的不好解释。没人确切知道他是否在那不勒斯下了船。这种不确定的结局,为后人留下了想象的空间。

  以致几十年来不断有人宣称在世界的不同角落遇见过马约拉纳,版本之一是:在上世纪六十年代初,马约拉纳经常在智利的一个小酒馆里吃饭,还在餐巾纸上演算数学问题——这难道是从意大利漂流到了南美洲了?也有人说马约拉纳是出家当和尚了。

  时至今日,意大利人也没有忘记他。他多次成为科幻小说或电影的主角,甚至还有关于他的科幻连环画集。在连环画里,马约拉纳的结局最为辉煌——被外星人接走了!

  总之,很多年以后,马约拉纳跳上帆船出去航海……马约拉纳消失在海平面之下。这就应了本文开头的那个歌词,I am sailing,I am dying。

  张首晟是不是杨振宁的学生?

  在中国媒体的报道中,张首晟教授一般被描述为是杨振宁院士的学生。

  比如,蝌蚪君用百度查了一下:

 

万万没想到:诺贝尔奖热门人物张首晟的博士导师不是杨振宁

 

  百度里写着张首晟师从杨振宁攻读博士学位。

  蝌蚪君又查了一下wiki百科。

  万万没想到啊:张首晟的博士导师不是杨振宁!

万万没想到:诺贝尔奖热门人物张首晟的博士导师不是杨振宁  张首晟的博士论文导师是著名超引力专家纽文豪森(peter van Nieuwenhuizen ,他是荷兰高能物理学家)。也就是说,张首晟在读博士期间,其实是做高能物理出身的,后来才成长为凝聚态物理学大师,这确实是很难得的。杨振宁先生曾多次鼓励年轻学子投身凝聚态物理学研究,张首晟教授在这一点上也是受到了杨先生的教导,所以取得如此巨大的成就。

  为什么叫“天使粒子”?

  那么,这次张首晟他们发现的手性马约拉纳费米子为什么取了一个名字叫“天使粒子”呢?

  这里面可能有好几个原因,蝌蚪君给大家来分析解读一下:

  首先,是因为马约拉纳费米子是很特殊的,一般的粒子都是既有正粒子又有反粒子,比如电子与正电子是不同的。但是,马约拉纳费米子的特点是正粒子就是反粒子。所以,天使与魔鬼集成在同一个粒子身上了,因此取名叫天使粒子。不过,从这个角度来说,这个粒子的取名也可以换成“魔鬼粒子”,意思也是一样的——因此还需要其他理由。

  其次,是因为有一个希格斯粒子被称为上帝粒子,于是,为了与上帝对应,现在搞出了一个天使粒子。

  最后,有可能是因为马约拉纳本身就是一个折翼的天使。

扫码加蝌蚪五线谱微信