张首晟发现天使粒子，那么谁是马约拉纳？

来源：蝌蚪五线谱公众号

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。

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：

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！

 

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。