장서우청(张首晟) 미국 스탠포드대 중국계 물리학자

1928년 폴 디라크(Paul Adrien Maurice Dirac)영국 물리학자가 우주중 매 한개 입자마다 모두 하나의 ‘반입자’를 가지고 있다는 비범한 예언을 제출했다.

이러한 반입자는 기본입자의 쌍둥이형제이지만 서로 반대되는 전하를 띠고 있다. 몇쳔후 사람들이 첫번째 반물질의 반입자 즉 정전자를 발견함으로서 반물질이 매우 빨리 기본적공동인식으로 됐다.

7월 25일 스페인 아베세(ABC)사이트 보도에 따르면 그러나 1937년 다른 한 위대한 물리학자 에토레 마요라나(Ettore Majorana)가 이 상황에 대해 새로운 반전을 진행했다.

그는 우리가 익숙하게 아는 양성자, 중성자, 전자, 중성미자와 쿼크입자 등 페르미온에는 일부 입자가 존재하는데 그들의 반입자가 바로 그 자체라고 예언했다.

80년후의 오늘 특수재료로 진행한 일련의 실험을 거친후 한 물리학자 팀이 마침내 ‘마요나라 페르미온(Majorana fermion)’의 진실한 존재에 관련한 첫번째 증거를 발견했다.

이 실험은 스탠포드대(Stanford University) 과학자들과 합작하여 캘리포니아대(University of California) 실험실에서 진행됐다.

이 실험은 장서우청(张首晟) 주요 연구원이 제정한 계획에 따라 한걸음 한걸음씩 진행됐으며 얻어낸 실험 결과는 7월 20일 미국 ‘사이언스(Science)’잡지에 발표됐다.

장서우청 스탠포드대 중국계 물리학자는 “우리의 연구팀은 어느 곳에서 마요나라 페르미온을 찾을 수 있다는 것과 무엇을 찾아 증거로 삼겠는가를 정확하게 예측했다. 이 중대한발견이 기본 물리학자들의 가장 힘든 탐색을 결속지었다. 하나의 이미 80년 지속된 탐색이다.”고 말했다.

장서우청으로 말하면 비록 저명한 페르미온이 마치도 이론성이 실천성에 비해 높은 물질인듯 하지만 그들의 발견이 미래 더욱 안정적인 양자 컴퓨터 제조에 중요한 의의를 발생하게 된다. 일차원 통로를 따라 이동하고 방향이 고정적이어서 연구원들이 발견한 마요나라 페르미온의 구체적 종류는 ‘카이랄성 마요나라 페르미온’이다.

장서우청이 소재한 톰 더프로 실험실 주임은 “이 연구는 이 영역에서의 이정표를 표지한다.”고 말했다.

실험중 연구원들은 한 저온의 진공실에 하나의 초 전도체와 하나의 자성 토폴리지 절연체으로 된 두가지 양자 재료 박막을 겹쳐 올리고 그 다음 박막을 이용하여 전류를 전도했다.

상층 박막은 초전도체이고 밑층은 토폴리지 절연체로서 전류는 그 표면 혹은 변두리를 통해 전도되며 그들 내부를 통과하지 않는다.

두층의 박막 합병을 통해 물리학자들은 초 전도 즉 토폴리지 절연체를 취득하고 전자가 그곳에서 재료 표면의 두개 축을 따라 마치도 고속도로에서의 자동차와 같이 무장애적으로 운동하고 있었다.

현재 장서우청은 이미 발견한 카리랄성 마요나라 페르미온을 ‘천사 입자’라고 명명하자고 제의했다. 장서우청은 마요나라 페르미온의 양자 세계중 천사만 있고 마귀는 없다고 말했다.

1928年英国物理学家保罗·狄拉克做出了一个非凡的预言：宇宙中每一个基本粒子都拥有一个“反粒子”。这些反粒子是基本粒子的孪生兄弟，但却带着相反电荷。数年后，人们发现了第一个反物质的反粒子——正电子，于是反物质很快成为了基本共识。

据西班牙《阿贝赛报》网站7月25日报道，然而在1937年，另一位伟大的物理学家埃托雷·马约拉纳将该情形进行了新一轮的扭转。他预言，在我们所熟知的费米子（包括质子、中子、电子、中微子和夸克粒子）中，存在着一些粒子，其反粒子就是其本身。

80年后的今天，在用特殊材料进行一系列实验后，一个物理学家团队终于发现了“马约拉纳费米子”真实存在的第一个证据。该实验与斯坦福大学科学家合作，在加利福尼亚大学实验室进行。该实验按照主要研究员张首晟制定的计划一步一步进行，得出的实验结果于7月20日刊登在美国《科学》杂志上。

斯坦福大学物理学教授张首晟说：“我们的团队准确预测了在何处可以找到马约拉纳费米子，以及应当寻找什么来作为证据。这一重大发现结束了基本物理学最艰辛的探索，一个已经持续了80年的探索。”

对于张首晟来说，尽管著名的费米子似乎只是一个理论性高于实践性的物质，但他们的发现将会对未来建造更加稳定的量子计算机产生重要的意义。

由于只沿一维路径移动并且方向固定，因此研究人员发现的马约拉纳费米子，其具体种类是“手性马约拉纳费米子”。

张首晟所在的实验室主任汤姆·德弗罗说：“这项研究标志着该领域的里程碑。”

该实验中，研究人员在一个低温真空室中堆叠了两种量子材料（一个超导体和一个磁性拓扑绝缘体）的薄膜，然后利用薄膜传导电流。上层薄膜是一个超导体，底层是一个拓扑绝缘体——电流只通过其表面或边缘传导，并不会通过其内部。合并两层薄膜，物理学家们获得了超导-拓扑绝缘体，电子在这里沿着材料表面的两个轴无阻碍运动，如同高速公路上的汽车一样。

目前，张首晟提议将发现的手性马约拉纳费米子命名为“天使粒子”。张首晟提到，在马约拉纳费米子的量子世界中只有天使，没有魔鬼。

/人民网