中国科学家捕捉到"幽灵粒子" 手机待机可一年

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/30 04:41:48
参考消息网7月24日报道 港媒称,中国的一个研究小组声称,他们成功捕捉到一种困扰物理学家近一个世纪的“幽灵粒子”(即外尔费米子)。

  香港《南华早报》网站7月23日报道,这项突破性的发现将极大地推进未来技术的发展,例如比目前的超级计算机运行速度更快的量子计算机以及能够实现一年一充电的智能手机。

  中国科学院在其网站上发表声明称,经过多年研究,中国科学院物理研究所方忠教授带领的研究小组证实了外尔费米子的存在。

  1929年,德国数学家、物理学家赫尔曼·外尔最先提出了这种无质量的粒子——外尔费米子。参与该项目的研究员翁红明在接受本报采访时说:“你可以将它想象成一个极小的、只有一个磁极的磁棒。”

  翁红明说,在自然界中,无论你将磁铁切割成多小,它始终都带有南北两个磁极,磁场在磁极之间流动。作为仅有一个磁极且没有质量的粒子,外尔费米子能够完成诸多当前科技不可企及的任务。

  外尔费米子的发现给智能手机带来的影响尤其显著,可以解决智能电子设备待机时间短、电量消耗快的问题。

  当前的电子设备充电套路是电子流通过电线和电路进入设备。这些粒子不仅笨重、不易控制,还会导致能量流失。如果我们用外尔费米子将之置换掉,一个费米子装置就能够保证电流几乎不流失,并且能保证在几乎不损耗能源的情况下完成高功率计算。

  含有外尔费米子的材料能够充当超导体,因而也可应用到量子物理学领域。这种材料能够保持长时间的量子态,而不受或很少受到外部世界的影响,这使它成为打造一台实用、高容错量子计算机的热门材料。


  制造这样一台设备所面临的最大挑战就是过去曾被用来进行量子计算的光子等粒子的量子态所具有的脆弱性。电磁干扰或物理干扰可以轻松地导致粒子失去或改变量子态,并打乱它们本应进行的计算。

  翁红明说:“不幸的是,外尔费米子这样精美的粒子并不存在于我们的三维世界里。只能在另一个与我们这个世界‘相反’的世界里寻到它的芳踪。”

  为了能够找到它,全世界的科学家争相创造可能存在外尔费米子的人工环境。

  去年12月,方忠的研究小组发表的一篇论文预测称,这个难以捕捉到的幽灵粒子可在人造材料钽砷中发现。

  四个月后,该研究小组宣布,他们通过向钽砷晶体发射同步辐射光源首次检测到外尔费米子。

  翁红明说:“我们这项发现并未使用大型粒子对撞机,从这个角度来看,这个实验相当令人激动。它给我们带来了希望,即不通过大型设备也能实现重大发现。”

http://tech.sina.com.cn/t/2015-07-24/doc-ifxfhxmk6691423.shtml参考消息网7月24日报道 港媒称,中国的一个研究小组声称,他们成功捕捉到一种困扰物理学家近一个世纪的“幽灵粒子”(即外尔费米子)。

  香港《南华早报》网站7月23日报道,这项突破性的发现将极大地推进未来技术的发展,例如比目前的超级计算机运行速度更快的量子计算机以及能够实现一年一充电的智能手机。

  中国科学院在其网站上发表声明称,经过多年研究,中国科学院物理研究所方忠教授带领的研究小组证实了外尔费米子的存在。

  1929年,德国数学家、物理学家赫尔曼·外尔最先提出了这种无质量的粒子——外尔费米子。参与该项目的研究员翁红明在接受本报采访时说:“你可以将它想象成一个极小的、只有一个磁极的磁棒。”

  翁红明说,在自然界中,无论你将磁铁切割成多小,它始终都带有南北两个磁极,磁场在磁极之间流动。作为仅有一个磁极且没有质量的粒子,外尔费米子能够完成诸多当前科技不可企及的任务。

  外尔费米子的发现给智能手机带来的影响尤其显著,可以解决智能电子设备待机时间短、电量消耗快的问题。

  当前的电子设备充电套路是电子流通过电线和电路进入设备。这些粒子不仅笨重、不易控制,还会导致能量流失。如果我们用外尔费米子将之置换掉,一个费米子装置就能够保证电流几乎不流失,并且能保证在几乎不损耗能源的情况下完成高功率计算。

  含有外尔费米子的材料能够充当超导体,因而也可应用到量子物理学领域。这种材料能够保持长时间的量子态,而不受或很少受到外部世界的影响,这使它成为打造一台实用、高容错量子计算机的热门材料。


  制造这样一台设备所面临的最大挑战就是过去曾被用来进行量子计算的光子等粒子的量子态所具有的脆弱性。电磁干扰或物理干扰可以轻松地导致粒子失去或改变量子态,并打乱它们本应进行的计算。

  翁红明说:“不幸的是,外尔费米子这样精美的粒子并不存在于我们的三维世界里。只能在另一个与我们这个世界‘相反’的世界里寻到它的芳踪。”

  为了能够找到它,全世界的科学家争相创造可能存在外尔费米子的人工环境。

  去年12月,方忠的研究小组发表的一篇论文预测称,这个难以捕捉到的幽灵粒子可在人造材料钽砷中发现。

  四个月后,该研究小组宣布,他们通过向钽砷晶体发射同步辐射光源首次检测到外尔费米子。

  翁红明说:“我们这项发现并未使用大型粒子对撞机,从这个角度来看,这个实验相当令人激动。它给我们带来了希望,即不通过大型设备也能实现重大发现。”

http://tech.sina.com.cn/t/2015-07-24/doc-ifxfhxmk6691423.shtml
这个真不错。
啊哈,让新闻飞一会。
论文发没有哦
mscfly 发表于 2015-7-24 17:09
论文发没有哦

Weng H, Fang C, Fang Z, etc.. Weyl Semimetal Phase in Noncentrosymmetric Transition-Metal Monophosphides. Phys. Rev. X 5, 011029.
只有一个磁极的磁棒。
--------------
磁单极粒子
不是米诺夫斯基粒子差评
“一个极小的、只有一个磁极的磁棒。”这不就是磁单极子么?真要发现了那物理学界还不爆炸了?先让新闻飞一会吧
不明觉厉,先马克之,看看是不是真的
这个被美国的一个小组抢头功了。这个小组已经在<科学>上发表论文了。
不知道是不是真的
看回复好像是真的
怎么回事   怎么回事 怎么回事
寻找“外尔费米子”:中外物理学家的竞赛
作者:甘晓 来源:中国科学报 发布时间:2015/7/23 8:30:43



中外物理学家的科学竞赛

——“外尔费米子”的发现之争

■本报记者 甘晓

外尔费米子,是当今凝聚态物理最前沿的研究对象之一。

7月18日,一则消息引起中科院物理所研究员戴希的注意。消息称,普林斯顿大学物理学家扎伊德·哈桑领导的团队首次通过实验,在外尔半金属中造出了外尔费米子。

事实上,在戴希看来,是以中科院物理所为主的中国科学家首次通过理论计算发现这种半金属,也是中国科学家首次通过角分辨光电子能谱发现了外尔费米子的存在。

戴希在这条消息下的评论中,认为这场风波属于“科学界的竞争”,是寻找“外尔费米子”的科学竞赛。

实验:激烈的国际竞争

在物理学界,一个通过理论推导和公式推算出的结论必须通过实验验证才能被承认。中科院物理所副研究员翁红明告诉《中国科学报》记者:“没有实验证实,便不能称之为‘发现’。”

提到“外尔费米子”理论,则要追溯到1928年,狄拉克提出描述相对论电子态的狄拉克方程。1929年,德国科学家外尔(H. Weyl)指出,狄拉克方程质量为零的解描述的是一对重叠在一起的具有相反手性的新粒子,这就是“外尔费米子”。

但是,80多年以来,科学家一直没有在实验中“发现”外尔费米子。直到2015年1月初,中科院物理所方忠研究员带领的研究组与普林斯顿大学Bernevig小组合作,理论预言了在以TaAs为代表的一批材料中存在着外尔费米子,中科院物理所陈根富小组制备出了具有原子级平整表面的大块砷化钽(TaAs)晶体,中科院物理所丁洪小组利用他们不久前在上海光源建成的“梦之线”角分辨光电子能谱实验站上对TaAs晶体进行测量,首次观测到外尔费米子的特征性现象——表面费米弧。

该实验小组成员钱天告诉《中国科学报》记者:“通过‘梦之线’探测从材料中激发出来的电子的能量和动量,就能反推出晶体材料的电子结构。”只要观测到费米弧,就能断定外尔费米子的存在,即从实验上“发现”了这种奇特的粒子。

2月16日,这个实验小组在物理学界知名的学术交流网站arXiv上,公开了费米弧的发现,宣布外尔费米子被发现,中国科学家领衔的团队被认为揭开了80多年来的世界之谜。

“arXiv网站是物理学界影响力非常大的学术交流网站,其张贴文章的高质量使这家网站在谷歌学术评价上的影响因子甚至超过了许多传统学术期刊。”翁红明说。

几乎同时,美国麻省理工学院以及普林斯顿大学教授哈桑的两个实验小组也在arXiv网站上公开了类似的研究成果。

2月17日,丁洪研究小组把这项学术成果提交给了《科学》杂志。然而,7月16日,《科学》杂志在线刊登了哈桑小组和麻省理工学院的研究成果,而中国科学家的论文被意外拒稿。哈桑在电子邮件中回复《中国科学报》记者:“我们将实验成果向《科学》杂志投稿,审稿中没有收到修改意见。”

值得庆幸的是,目前该论文在未作修改的情况下被在物理学界极具影响力的《物理评论X》接受发表。随后,丁洪研究小组又在瑞士光源观测到TaAs中的外尔点及其附近的四维外尔锥,这是外尔半金属的另一个根本特性,该研究成果也即将在国际知名刊物上发表。

理论:中国人的原创

在理论上,中国科学家的原创工作更毋庸置疑。正是中国科学家在拓扑半金属领域中开创性的理论工作,为外尔费米子的产生和观测提供了新的思路和途径。

根据此前的理论研究,外尔费米子可能在“外尔半金属”中被观察到,科学家一直致力于寻找外尔半金属。

2011年,南京大学物理学院教授万贤纲与几名国际研究者合作,通过理论计算预言一种复杂磁结构的铱氧化物可能是外尔半金属。同年,中科院物理所方忠、戴希团队也预言铁磁尖晶石HgCr2Se4也可能是外尔半金属。但是由于磁性材料的复杂性,这两个理论预言的实验验证都变得非常困难。

为此,长期从事理论计算的中科院物理研究所方忠研究组一直想寻找一种非磁外尔半金属。2012年、2013年两年里,他们及合作者先后从理论上预言钠三铋晶体(Na3Bi)和三砷化二镉晶体(Cd3As2)是狄拉克半金属,里面存在三维无质量狄拉克电子,由一对重叠在一起的具有相反手性的“外尔费米子”构成。

2014年,他们跟实验组合作,先后发表一篇《科学》和《自然—材料》论文,证实了理论预言,被称为首次发现“三维版本的石墨烯”。这为实现相互分离的手性外尔费米子迈出了关键性的一步,而且使拓扑半金属领域的实验研究成为可能,极大推动了拓扑半金属领域的进展。

该理论团队成员翁红明从发表于1965年的一篇实验文献中受到启发,并通过第一性原理计算,初步认定砷化钽(TaAs)晶体等同结构家族材料可能是外尔半金属。这类材料能够合成,并且没有磁性,打破了中心对称,是实验制备、检测都非常便捷的绝佳材料。

经过跟戴希、方忠等合作者进行了数月的周密计算和数学证明后,他们更加确认这一结论。2014年12月31日,他们将此理论预言在arXiv网站率先向全世界公开。该成果立即受到同行的关注,包括中科院物理所、北京大学、普林斯顿大学等在内的国际上众多实验小组都投入到了竞赛般的实验验证工作中。这项理论成果于今年3月17日在《物理评论X》杂志正式发表。

1月5日,中科院物理所的研究团队收到了来自哈桑小组的一封信。信中告知,他们也有类似的工作,并也将当时尚未发表的论文张贴在arXiv网站上。

哈桑给《中国科学报》记者的回信中,强调了这篇论文的重要性,并称“这篇论文于2014年11月提交给《自然—通讯》杂志,比中国科学家的结果早很多”。

记者调查后发现,这篇论文在2015年4月30日才被期刊正式接收,最终在2015年6月12日刊发。这已经是在中科院物理所团队的工作发表近3个月之后。翁红明表示:“哈桑小组在这篇文章中使用了我参与开发的计算软件包,并引用了以我为第一作者于2009年发表的一篇文章。”

思考:如何赢得全局

在国际同行眼中,中国科学家的这一发现,从材料理论预言到实验观测都是独立完成。

早在今年2月底,三个小组公布发现外尔费米子时,美国加州大学伯克利分校Ashivin Vishwanath教授便在Journal Club for Condensed Matter Physics以“实验观测外尔半金属”为主题,对三家独立实验工作进行评述。

今年7月16日,英国皇家化学协会的Chemistry World在获知美国《科学》杂志接受了两个美国小组的工作后,则作为第三方科学媒体报道了包括我国科学家的工作在内的三家各自的独立发现。

对于在基础科学领域抢占先机,中国科学家也在这件事上有了新的体会。钱天指出,首先,要加快建设我国自己的大科学装置。“我国大科学装置起步较晚,十多年前,还处在购买商业设备开展测量的水平。”他说。

2014年8月,中科院启动“率先行动”计划,具体改革措施之一,便是启动研究所分类改革,其中包括大科学中心。在这项改革的大框架下,于去年10月底建成的上海光源的“梦之线”在发现外尔费米子的实验中立下汗马功劳。目前,“梦之线”的各项技术指标处于世界先进行列。

此外,也有学者指出,应当办好我国自己优秀的学术期刊,如果我国在相关领域也有影响力大的高水平学术期刊,中国科学家的学术成果发表便不再受制于人,虽然科学成果的重要性并不依赖于最终发表的期刊。

《中国科学报》 (2015-07-23 第1版 要闻)
是不是就是磁单极子?
backpacker47 发表于 2015-7-24 19:19
“一个极小的、只有一个磁极的磁棒。”这不就是磁单极子么?真要发现了那物理学界还不爆炸了?先让新闻飞一 ...
不是磁单极子,这是凝聚态物理的成果,这个材料在某个特殊状态时,会形成和磁单极子一样的现象。要是磁单极子,早就翻天了。实际上我一点不认为真的存在磁单极子,因为弦论本身就很有问题。现在这个外尔费米子非常有用,对低功耗元件,和量子计算机这两个热点领域都有很大意义。材料制备又简单,简直是碉堡的发现。美国的组用的材料也是中国这边制备寄给他们的做的。就算这实验验证功劳送给他们,咱还有理论预言,制备材料的功劳呢。
记得高中物理老师跟我们说,如果发现了磁单极,我们现在学的物理都作废了
这里描述的Weyl Fermion和粒子物理里面通常说的反正是对不起来
其实Weyl Fermion只是一种描述费米子的方式或是基底,就是数学上用两个分量的复数来描述的,像电子一类的基本费米子都可以用Weyl Fermion的方式描述
Weyl Fermion有确定的手征,电子一类的实际粒子和Weyl Fermion的概念的差,就是实际粒子有左右手征的混合。总之在粒子物理上这个一点也不罕见
这里描述的应该是一种凝聚态的准粒子的激发现象
总之好叼的样子…………
难道就是高中物理书上设想的磁单极子?
记得高中物理老师跟我们说,如果发现了磁单极,我们现在学的物理都作废了
没那么严重。
高中甚至都没学电磁方程组……


果子还没有握在手里就满世界咋咋呼呼,结果听者有意,被人抄近道摘走了吧。任何时候都不要低估西方白皮的脸皮厚度。

果子还没有握在手里就满世界咋咋呼呼,结果听者有意,被人抄近道摘走了吧。任何时候都不要低估西方白皮的脸皮厚度。
手机一年充一次电的直接后果是,该充电时找不到充电器了,所以只有干脆换新手机了
果子还没有握在手里就满世界咋咋呼呼,结果听者有意,被人抄近道摘走了吧。任何时候都不要低估西方白皮的脸 ...
不是被人摘走了,而是有个黑哨。
一个月充以此就满足了