¿Qué son exactamente las "partículas de ángeles" descubiertas por el científico chino Zhang Shousheng?

Entonces, ¿por qué Zhang Shousheng descubrió esta vez los fermiones quirales de Majorana llamados "partículas de ángel"? Déjame analizar e interpretar esto por ti, puede que esté mal. Después de todo, no soy el Sr. Zhang Shousheng. Sólo puedo adivinar y analizar sus pensamientos:

En primer lugar, es porque este fermión quiral de Majorana es muy especial. Se puede ver en la ecuación de Dirac de física de partículas que las partículas generales incluyen tanto partículas positivas como antipartículas. Por ejemplo, los electrones y los positrones no son el mismo tipo de partículas, sino dos tipos de partículas: al igual que nuestras palmas, tenemos la mano izquierda y la derecha, y la mano izquierda no es igual a la derecha. Pero la característica del fermión quiral de Majorana descubierto esta vez es que la partícula positiva es una antipartícula, lo que significa que esta partícula es como un extraterrestre con una sola mano: ¿mano izquierda o derecha? Por lo tanto, de acuerdo con los hábitos de pensamiento occidentales, generalmente se usa la metáfora de "ángeles y demonios", por lo que ahora los ángeles y los demonios están integrados en las mismas sefirot, por eso se les llama ángeles sefirot.

En segundo lugar, porque en 2012 se descubrió una importante partícula fundamental, la partícula de Higgs, conocida como partícula de Dios. Ahora, quizás para corresponder con Dios y resaltar la importancia de su descubrimiento, se le llama "partícula ángel".

Además, Zhang Shousheng es un conocido inversor ángel, encabezado por Danhua Capital. La palabra ángel debería ser la palabra más cariñosa para él.

Finalmente, puede ser que el físico Majorana fuera un ángel con las alas rotas: murió temprano y desapareció cuando era joven, lo que se convirtió en un misterio de la física. Esta partícula originalmente se llamó "fermión quiral de Majorana".

Positivo y negativo, yin y yang, bien y mal... el mundo parece estar lleno de opuestos. El físico británico Paul Dirac predijo en 1928 que cada partícula elemental tiene su correspondiente antipartícula. Unos años más tarde, los científicos confirmaron esta predicción al descubrir la antipartícula del electrón, el positrón, en los rayos cósmicos. En 1937, el físico italiano Ettore Majorana predijo que puede haber un tipo especial de partículas en la naturaleza, y sus antipartículas son ellas mismas. Esta partícula hermafrodita se llama fermión de Majorana.

Sin embargo, aún no se han encontrado pruebas de la existencia de los fermiones de Majorana. Junto con el neutrino y el bosón de Higgs, se ha convertido en una partícula que se predijo durante mucho tiempo pero que no se pudo verificar durante mucho tiempo. Ahora, el equipo de Zhang Shousheng finalmente encontró evidencia de su existencia.

En el proceso de búsqueda de "partículas de ángeles", el equipo teórico dirigido por Zhang Shousheng predijo qué tipo de plataforma experimental se puede utilizar para buscar fermiones de Majorana y qué tipo de señales experimentales se pueden utilizar como evidencia. ; California El equipo experimental dirigido por He Qinglin y Wang Kanglong de la Universidad de Los Ángeles y Xia Jing de la Universidad de Irvine trabajó en estrecha colaboración con el equipo teórico y descubrió los fermiones de Majorana más básicos en el experimento, llamados fermiones quirales de Majorana. La Universidad Fudan de China y la Universidad Tecnológica de Shanghai también contribuyeron a los experimentos.

Basándose en las predicciones del equipo teórico, los investigadores construyeron un dispositivo híbrido que colocaba una fina película de superconductores ordinarios encima de una fina película del efecto Hall cuántico anómalo, un aislante topológico magnético. Después de aplicar un campo magnético externo de baja intensidad, los investigadores midieron una meseta cuántica de medio entero, que se convirtió en evidencia experimental de la existencia de fermiones quirales de Majorana.

Zhang Shousheng explicó que en experimentos previos de efecto Hall cuántico anómalo, a medida que se ajusta el campo magnético externo, aparecerá una plataforma cuántica entera. Este es el comportamiento normal de las partículas. Los fermiones de Majorana no tienen antipartículas y son equivalentes a partículas semiconvencionales. Por lo tanto, cuando se coloca un superconductor ordinario sobre una película de efecto Hall anómala cuántica, aparece una plataforma cuántica medio entera además de la plataforma cuántica entera habitual.

Un equipo de investigación dirigido por cuatro científicos chinos finalmente encontró la "partícula ángel" andrógina: el fermión Majorana, poniendo así fin a la investigación de 80 años de esta misteriosa partícula por parte de la comunidad física internacional.

El artículo relevante se publicó hoy en la revista Science. Este resultado fue completado conjuntamente por Wang Kanglong de la Universidad de California en Los Ángeles, el profesor Zhang Shousheng de la Universidad de Stanford y Kou Xufeng de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Shanghai. Los autores de la comunicación son Lin Qing, Kou Xufeng, Zhang Shousheng y Wang Kanglong, todos científicos chinos.

Hoy, la revista "Science" publicó un artículo del profesor Zhang Shousheng y sus colaboradores. Este trabajo incorpora una buena combinación de teoría y experimentación. El profesor Zhang es el responsable teórico de este trabajo. Según el plan teórico de Zhang, el equipo experimental descubrió que la conductividad mostraba que el comportamiento colectivo de los electrones era el comportamiento de los fermiones de Majorana en la interfaz unidimensional entre un aislante cuántico anómalo bidimensional de efecto Hall (es decir, un aislante topológico magnético). y un superconductor.

En definitiva, este es el comportamiento de los electrones en materiales sólidos.

En el entorno sólido (la compleja energía potencial formada por condiciones externas como conjuntos nucleares y campos magnéticos) y la interacción entre ellos, una gran cantidad de electrones pueden describirse simplemente como "cuasipartículas", lo que significa que una gran cantidad de Los electrones se comportan aquí como una gran cantidad de "cuasipartículas" que se excitan en función del estado de energía más bajo. Para enfatizar que estas "cuasipartículas" nacen en un nuevo nivel, en un entorno similar a las partículas elementales de nuestro universo, también podemos llamarlas "partículas evolutivas".

Ahora, Zhang y sus colaboradores han descubierto una partícula evocadora similar a los fermiones de Majorana en un entorno sólido específico. El llamado "descubrimiento" es que el comportamiento conductor debe explicarse mediante los fermiones de Majorana. El fermión de Majorana que descubrieron se encuentra en el límite unidimensional entre aislantes y superconductores en una topología magnética bidimensional, lo que lo hace quiral, es decir, que corre en una dirección.

Los fermiones son partículas cuánticas. En un mismo sistema, los estados del mismo fermión (teniendo en cuenta todos los indicadores) deben ser diferentes. Los electrones (ya sea en el espacio libre o en materiales sólidos) son fermiones. Un fermión de Majorana es un tipo especial de fermión, es decir, su antipartícula es él mismo. Las antipartículas se pueden definir de la siguiente manera: producir una antipartícula equivale a destruir una partícula con muchas propiedades (momento, momento angular, carga, etc.). ) en contraposición a. Viceversa, las partículas positivas y negativas son relativas. Los fermiones de Majorana no se han encontrado en el espacio libre del universo. Los neutrinos pueden ser neutrinos o no, se desconoce la respuesta.

El maestro Zhang llamó a los fermiones de Majorana partículas de ángeles porque notó que en la novela "Ángeles y demonios", las partículas positivas y negativas se aniquilan y el mundo desaparece, y los fermiones de Majorana se pueden comparar con Porque solo hay ángeles y No hay demonios aquí.

Según la definición de física de partículas, la materia está compuesta por dos partículas básicas, fermiones y bosones. Los fermiones son los componentes básicos de la materia (como los leptones, quarks y electrones de los neutrinos que forman los protones y neutrones). Los bosones son partículas transmisoras de fuerza (fotones, mesones, gluones, bosones W y Z).

Los fermiones Majorana, en la lista de partículas misteriosas, son un tipo de fermiones. Su singularidad es que es una partícula sin antipartícula, o la antipartícula es ella misma.

El descubrimiento de los fermiones quirales de Majorana puso fin con éxito a 80 años de búsqueda de esta misteriosa partícula. En comparación con la aniquilación y explosión de partículas positivas y negativas descritas en la novela "Ángeles y demonios" de Dan Brown, Zhang Shousheng propuso que los fermiones quirales de Majorana recién descubiertos deberían llamarse partículas de ángeles: Hemos descubierto un mundo perfecto donde sólo hay ángeles y ningún diablo.

El significado es:

El descubrimiento de los fermiones de Majorana desafiará la comprensión de la humanidad del mundo existente desde un nivel filosófico, es decir, el mundo no es completamente opuesto y el Yin no necesariamente existen Yang, los ángeles no son necesariamente demonios. Además, este descubrimiento tiene una importancia más práctica: será posible lograr la computación cuántica topológica en estado sólido.

En opinión de Zhang Shousheng, el descubrimiento de partículas angelicales es “muy, muy milagroso, lo que significa que un qubit se puede dividir en dos, lo cual supone un cambio fundamental en toda la física cuántica”.

Esperando 80 años para que aparecieran las partículas de los ángeles.

En 1928, el físico británico Paul Dirac predijo que cada partícula elemental tiene su propia antipartícula. Unos años más tarde, los científicos confirmaron esta predicción al descubrir la antipartícula del electrón, el positrón, en los rayos cósmicos.

En 1937, el físico italiano Ettore Majorana predijo que puede haber un tipo especial de partículas en la naturaleza, y sus antipartículas son ellas mismas. Esta partícula hermafrodita se llama fermión de Majorana.

Positivo y negativo, yin y yang, bien y mal... el mundo parece estar lleno de opuestos.

Sin embargo, aún no se han encontrado pruebas de la existencia de fermiones de Majorana. Junto con el neutrino y el bosón de Higgs, se ha convertido en una partícula que se predijo durante mucho tiempo pero que no se pudo verificar durante mucho tiempo. Ahora, un equipo de investigación dirigido por científicos chinos finalmente ha encontrado evidencia de su existencia.

Misteriosas partículas anfifílicas

En experimentos previos de efecto Hall cuántico anómalo, a medida que se ajusta el campo magnético externo, aparecerá una plataforma cuántica entera. Este es el comportamiento normal de las partículas. Los fermiones de Majorana no tienen antipartículas y son equivalentes a partículas semiconvencionales. Por lo tanto, cuando se coloca un superconductor ordinario sobre una película de efecto Hall anómala cuántica, aparece una plataforma cuántica medio entera además de la plataforma cuántica entera habitual.

Para ello, los investigadores construyeron un dispositivo híbrido que colocaba una fina película de superconductores ordinarios encima de una fina película de efecto Hall cuántico anómalo, un aislante topológico magnético. Después de aplicar un campo magnético externo de baja intensidad, los investigadores midieron una meseta cuántica de medio entero, que se convirtió en evidencia experimental de la existencia de fermiones quirales de Majorana.

Según la fórmula de conversión masa-energía de Einstein, cuando una partícula encuentra su antipartícula, esta se aniquila y libera energía. Por lo tanto, el equipo de investigación llama a los fermiones de Majorana que descubrieron "partículas de ángel".

En el proceso de búsqueda de "partículas angelicales", un equipo teórico de científicos chinos predijo qué tipo de plataforma experimental se puede utilizar para buscar fermiones de Majorana y qué tipo de señales experimentales se pueden utilizar como evidencia. . El equipo experimental trabajó en estrecha colaboración con el equipo teórico y finalmente descubrió los fermiones quirales de Majorana, poniendo fin a 80 años de exploración científica.

La Universidad Fudan de China y la Universidad Tecnológica de Shanghai también contribuyeron a los experimentos.

La era de la computación cuántica que trae es apasionante.

¿Qué importancia práctica tiene el descubrimiento de los fermiones de Majorana para la construcción de ordenadores cuánticos estables?

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Zhang Shousheng siempre ha mencionado que el valor de la civilización humana es la simplicidad. Él cree que es realmente asombroso explicar la verdad en palabras simples para que todos puedan entenderla.

Su cuento favorito es sobre Dirac:

¿Cuál es la raíz cuadrada de 4? Es muy simple, 2 y -2 Dirac, el físico teórico británico y uno de los fundadores de la mecánica cuántica, pensó que esta respuesta era muy, muy maravillosa cuando estaba en la escuela secundaria. ¿Por qué el signo radical siempre tiene raíces positivas y negativas?

Dirac de repente hizo una predicción sorprendente a partir de la raíz del número, concluyendo que todas las partículas fundamentales del universo tienen antipartículas, los electrones tienen antipartículas, los protones tienen antiprotones y los neutrones tienen antipartículas. Esta es una predicción muy, muy sorprendente.

El positrón fue descubierto en 1932 por C.D.

En 1956, el físico estadounidense Chamberlain descubrió el antiprotón en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley. Hizo colisionar un par de partículas de alta energía aceleradas por un acelerador de partículas en un tubo de vidrio y descubrió que varias trayectorias aparecían repentinamente en pares, luego chocaban y se aniquilaban entre sí en un corto período de tiempo. Esta es la primera observación directa de antipartículas.

Hasta ahora se han descubierto antipartículas de casi todas las partículas que son relativamente estables con respecto a la interacción fuerte. Si las antipartículas se combinan de la misma manera que las partículas ordinarias, forman antiátomos. La materia compuesta de antiátomos es antimateria.

De esta manera, la genial predicción de Dirac fue confirmada mediante experimentos. Entonces, ¿hay algún contraejemplo? ¿Podría haber una partícula en el universo que no tenga antipartícula o una partícula hermafrodita?

En 1937, el físico teórico italiano Ettore Majorana propuso teóricamente la existencia de tal partícula, que es lo que hoy llamamos fermión de Majorana. La antipartícula en sí misma. Pero lamentablemente y casualmente, poco después de proponer la existencia de esta partícula mágica, desapareció misteriosamente durante un viaje en barco a Palermo y nunca más se supo de él.

Desde entonces, esta partícula mágica se ha convertido en el amante de los sueños que los físicos siempre han querido perseguir y ha preocupado a la comunidad física durante 80 años.

Zhang Shousheng centró su avance en la física de la materia condensada. 2065438+ En julio de 2007, Zhang Shousheng y su equipo publicaron un nuevo descubrimiento en la revista Science, descubriendo una corriente de borde con conductancia semicuántica en la plataforma Hall anómala cuántica superconductora, que es consistente con las predicciones teóricas quirales de las partículas de majorana son notablemente coherente. Este es el primer resultado confirmado de una medición de majorana en un sistema de plataforma de efecto Hall.

Zhang Shousheng nombró al fermión quiral Majorana recién descubierto "partícula ángel". Esta partícula proviene de la novela de Dan Brown y su película "Angels and Demons". "Este trabajo describe la escena de la explosión de aniquilación de partículas positivas y negativas. Alguna vez pensamos que cada partícula tiene su antipartícula, al igual que cada ángel tiene su demonio. Pero hoy, hemos descubierto un tipo de antipartícula que no tiene antipartículas. un mundo perfecto con sólo ángeles y sin demonios", dijo Zhang Shousheng.

Esto también convirtió a Zhang Shousheng una vez más en un candidato popular para el Premio Nobel de Física 2017, aunque finalmente volvió a fracasar.

Por supuesto, también hay algunas dudas. Por ejemplo, Li Miao, decano del Instituto de Astronomía y Ciencias Espaciales de la Universidad Sun Yat-sen, comentó: "Este descubrimiento no es una partícula fundamental, sino el límite entre un estado cuántico y una materia bidimensional causada por temperaturas extremadamente bajas". Este estado cumple con los requisitos de las partículas neutras y también es su estado inverso. Dado que este estado cuántico requiere condiciones extremas, aún está lejos de ser aplicable, si lo explico en lengua vernácula, "la física de la materia condensada aún no ha captado la física de partículas". ". ”

En pocas palabras, se deben encontrar pruebas más convincentes para la confirmación de las cuasipartículas de Majorana, y los fermiones de Majorana sólo pueden seguir siendo el amante y el sueño de los físicos.

65438+1 de febrero, el chino-estadounidense Zhang Shousheng saltó de un edificio de nueve pisos en los Estados Unidos y rápidamente puso fin a su corta vida a la edad de 55 años.

Zhang Shousheng era el protegido de Yang Zhenning, China. académico de la Academia de Ciencias, físico y descubridor de la Partícula Ángel. Ha ganado el Premio Europeo de Física, el Premio Barclay, el Premio Dirac y el Premio Uri de Física Fundamental. Chen Ning Yang lo considera. El próximo ganador del Premio Nobel. /p>

Lo que sorprendió a Yang Zhenning fue que envió la persona de cabello blanco a la persona de cabello negro.

Las partículas y características del ángel fueron propuestas por Majorana en 1937.

Es un fermión cuya antipartícula es idéntica a sí misma. Cuando se encuentran, se aniquilan entre sí, liberando una gran cantidad de energía. Najorana reescribió la ecuación de Dirac y obtuvo la ecuación de Majorana. Pero ningún físico ha descubierto la existencia de los fermiones de Majorana.

No fue hasta 80 años después que Zhang Shousheng y su equipo descubrieron fermiones quirales de Majorana en un sistema compuesto por aislantes topológicos y superconductores, que se ajustaban por primera vez a la ecuación de onda de la ecuación de Majorana Fermi. Confirmó firmemente la existencia de fermiones de Majorana (partículas de ángeles). La noticia fue publicada en la revista Science.

Bienvenida atención y comentarios.

No estoy especializado en física, solo estoy compartiendo información que he visto sobre las "partículas de ángeles".

En primer lugar, la existencia de "partículas angelicales", también conocidas como "fermiones quirales de Majorana", fue propuesta por primera vez por Ettori Majorana. La "antipartícula" mencionada en este pasaje fue propuesta por el físico Dirac. Predijo que cada partícula elemental tendría su propia antipartícula, y que esta antipartícula sería completamente diferente de la "partícula positiva", como un par de hermanos incompatibles. Como ejemplo sencillo, cada número positivo en la recta numérica corresponde a un número negativo. Aunque estos dos números están indisolublemente ligados, son completamente dos números. Las partículas de ángeles en esta profecía son una excepción. Él es 0 en la recta numérica y el número negativo es él mismo.

En segundo lugar, el término "partículas de ángeles" es simplemente un nombre divertido. Esta partícula no tiene nada que ver con los ángeles, la bondad, la luz y la paz. Esta declaración es solo la declaración romántica del propio Zhang Shousheng.

Entonces, mientras quiera, también puede decir que esta partícula debería llamarse partícula del diablo.

Este es un gran descubrimiento, pero todavía estamos lejos de encontrar las verdaderas partículas de los ángeles. Lo que se ha descubierto hasta ahora no es la partícula elemental prevista, sino una "cuasipartícula" formada a partir de un haz de electrones. Se comportan de manera similar a las partículas de ángeles predichas.

Por ejemplo, si una piedra grande bloquea el camino, una persona predice que alguien podrá mover la piedra. Pasaron décadas y algunas personas estaban muy emocionadas de decir que habíamos encontrado una manera de reunir a veinte personas para mover esta piedra juntas. Entonces el Hércules predicho todavía no fue encontrado, pero estas veinte personas lograron el mismo efecto que Hércules y finalmente alejaron la piedra, resolviendo un gran problema.

De hecho, Zhang Shousheng no es el líder principal de este periódico, sino el planificador.

Por lo tanto, el primer autor de este artículo no es Zhang Shousheng. Por supuesto, esto es solo una cuestión de clasificación del autor, y su contribución a esta investigación sigue siendo excelente.

Y tenga en cuenta que los primeros autores de este artículo son He Qinglin y Pan Lei de la Universidad de California, Los Ángeles. Como puede verse por sus nombres, ambos son de China.

Además, la Universidad de Ciencia y Tecnología de Shanghai también participó en la investigación experimental. Incluso antes que el equipo de He Qinglin/Pan Lei, el equipo Jia Jinfeng de la Universidad Jiao Tong de Shanghai publicó un informe sobre el descubrimiento de lo quiral. Fermiones de Majorana, pero era diferente de la comparación anterior:

El trabajo del equipo del profesor Jia es una versión de dimensión cero de los fermiones de Majorana, que se prueba principalmente mediante microscopios de barrido. Lo que estudiamos es una versión unidimensional de los fermiones de Majorana, que se convierten principalmente en dispositivos electrónicos y se utilizan para pruebas electromagnéticas macroscópicas.

Así que, aunque los equipos de la Universidad Tecnológica de Shanghai y la Universidad Jiao Tong de Shanghai no han recibido tanta atención, no se puede ignorar su contribución a la investigación sobre las "partículas de ángeles".

Partículas de ángeles no es el nombre oficial, simplemente así lo nombró el descubridor. Anteriormente, las partículas se conocían como fermiones de Majorana. Como puede verse por el nombre, los fermiones de majorana se componen de dos partes, una parte es majorana y la otra parte es fermión. El físico teórico italiano Majorana murió joven. Nació en 1906 y desapareció en 1938. Sin embargo, propuso la ecuación de Majorana y reescribió la ecuación de Dirac. Estos últimos son fermiones, una gran clase de partículas cuánticas que se cree que tienen antipartículas diferentes a ellas, mientras que los otros son bosones, que tienen sus propias antipartículas. Por lo tanto, Majorana predijo la existencia de un tipo especial de fermión en la naturaleza con su propia antipartícula, que se llama fermión de Majorana.

El fermión de Majorana sólo predijo su existencia, y su estatus en la naturaleza es significativamente menor que el del bosón de Higgs, porque la tarea del bosón de Higgs es dar masa al fermión, que en sí mismo es un. bosón. Se puede observar que el descubrimiento de los fermiones de Majorana ha verificado la conjetura de Majorana. Desde la perspectiva de la historia de la ciencia, es más exacto llamar a esta partícula fermión de Majorana porque él lo predijo. Es como si alguien te dijera que esto existe, pero que está limitado por la tecnología de observación en ese momento. Si queremos nombrar partículas angelicales de los fermiones de Majorana, en realidad tenemos que preguntarle a Majorana si quiere, porque a Higgs, el profeta del bosón de Higgs, no le gusta mucho el nombre partícula de Dios. Desde esta perspectiva, el profeta tiene más peso. Puede hacer predicciones mediante ecuaciones teóricas hace medio siglo, lo cual es admirable.