經(jīng)過85年的苦苦找尋，科學(xué)家們終于首次證實(shí)了一種被稱為“Weyl費(fèi)米子”的無質(zhì)量粒子的存在。在晶體內(nèi)同時(shí)具備物質(zhì)性和反物質(zhì)性，這種獨(dú)特能力使得該粒子可以創(chuàng)造出無質(zhì)量的電子。

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這個(gè)發(fā)現(xiàn)意義巨大，不僅僅是由于我們最終得以驗(yàn)證該物質(zhì)的存在，更是因?yàn)樗鼮楦咝У碾娮有袠I(yè)和新型的量子計(jì)算鋪平了前路。“Weyl費(fèi)米子可以用來解決電子器件中的電子阻塞問題——它們可以比電子更高效、更有序地運(yùn)動(dòng)，這也許可以帶來新型電子學(xué)。”普林斯頓大學(xué)的物理學(xué)家及主要研究人員M. Zahid Hasan說。

那么，Weyl費(fèi)米子究竟是什么呢？盡管高中課堂告訴我們，宇宙是由原子構(gòu)成的。但從粒子物理的角度看，一切都是由費(fèi)米子和玻色子構(gòu)成的。簡(jiǎn)單說來，費(fèi)米子是構(gòu)成所有物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單元，如電子；而玻色子則是一切承載力的東西，如光子。

電子是現(xiàn)今電子學(xué)的脊柱。盡管它們可以很好地運(yùn)送電荷，但仍舊有可能相互碰撞而分散，導(dǎo)致能量的流失和熱量的產(chǎn)生。在1929年，一個(gè)德國(guó)物理學(xué)家Hermann Weyl建立理論，認(rèn)為一種無質(zhì)量的費(fèi)米子必定存在，它們可以比常規(guī)電子更高效地傳輸電荷。現(xiàn)如今，普林斯頓大學(xué)的研究人員證實(shí)了它們的確存在。測(cè)試發(fā)現(xiàn)，在普通的半導(dǎo)體中，Weyl費(fèi)米子傳輸電荷的速度至少比電子快1000倍；而在石墨烯中，則是電子速度的兩倍。

Weyl費(fèi)米子之所以如此高效，是因?yàn)樵摿Ｗ油瑫r(shí)具有左手方向和右手方向的自旋，這使得所有的費(fèi)米子得以以相同的方向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)可以穿過那些會(huì)分散普通電子的障礙物。它們好像自帶GPS，自己掌舵以免分散；它們只會(huì)不斷地朝同一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)永不停歇，好比單向的光束。它可以應(yīng)用到量子計(jì)算中。

最酷的一點(diǎn)是，研究人員是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的合成晶體中發(fā)現(xiàn)的Weyl費(fèi)米子。不像大多數(shù)其他的粒子發(fā)現(xiàn)(如著名的希格斯玻色子)，只能在粒子碰撞中被觀察到。這意味著該研究很容易再復(fù)制，而科學(xué)家們也可以立即著手研究如何應(yīng)用它們。

Weyl費(fèi)米子是在特制的一種被稱作鉭砷化物的半金屬晶體中發(fā)現(xiàn)的，后者曾被中國(guó)的研究人員宣告為Weyl費(fèi)米子潛在的“家”。當(dāng)他們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中發(fā)現(xiàn)了蛛絲馬跡之時(shí)，便將晶體帶至加州的勞倫斯伯克萊國(guó)家實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，將高能的玻色子束射穿其中，從而證明了Weyl費(fèi)米子必定存在于該晶體內(nèi)。

Weyl費(fèi)米子是準(zhǔn)粒子，即它只能夠存在于如晶體這樣的固體中，而非獨(dú)立粒子。而接下來的深入研究會(huì)試圖尋找它究竟能如何為我們所用。Weyl費(fèi)米子太奇特了，我們也許會(huì)發(fā)現(xiàn)許多超乎我們想象的東西。