張首晟發現天使粒子？那麼馬約拉納又是誰？「青少閱讀」

017年7月20日，著名物理學家張首晟及其研究團隊召開新聞發布會，宣布他們在美國的《科學》雜誌上發表了一項重大發現。這個重要發現是：在整個物理學界歷經80年的探索之後，他們終於發現了手性馬約拉納費米子的存在——這個新發現的粒子，被張首晟院士命名為「天使粒子」。

這裡瞬間就出現了兩個物理學家的名字：「費米」與「馬約拉納」。其中對於費米大家都比較熟悉，他是實現人工核反應堆（原子彈）的首席科學家，也是李政道先生在芝加哥大學讀博士時候的博士論文導師，那麼，問題來了——

誰是馬約拉納？

假如你去一個海濱城市，在某個浪漫曖昧的夜晚，徐徐海風吹拂之下，一些游輪餐廳也許會放著這樣的音樂，那是Rod Stewart 的《SAILING 》:

I am sailing, I am sailing ……cross the sea.

I am sailing stormy waters, ……

……

I am dying……

其實，這首歌是非常適合來描述馬約拉納這個人的呢。

事情還要從20世紀20年代中期說起，那是在物理學的復興之路上的義大利，伽利略的物理學後裔費米在義大利開始經營他的新羅馬帝國。當時， 費米在羅馬大學組建了一個物理研究所，這個組裡彙集了一批義大利當時最優秀的青年物理學家，21歲的帥哥馬約拉納也在這個研究組裡。

馬約拉納

當時他倆都是只有二十幾歲，夢想都很大，說話也很隨便。

馬約拉納說：「每隔500年才有一個類似阿基米德或牛頓這樣的科學家出現，而每隔100年就會有1至2個愛因斯坦和玻爾這樣的人出現。」

費米說：「那費米是幾百年出一個？」

馬約拉納說：「我們談的是愛因斯坦與玻爾……」

馬約拉納是一個很有天賦的物理學家，他的分析與計算能力對整個研究組的幫助很大。

只要有他在的地方，就沒有人會用計算尺和筆算。馬約拉納能夠口算出243的平方根乘以578的立方根等於多少這樣的數學題……費米和他曾有過一場計算能力的PK，費米用紙筆尺，馬約拉納只用腦子，然後比賽結果是平局……而眾所周知，費米的計算能力也是非常強的：後來在美國爆炸原子彈的時候，他就站在很遠之外，手裡拿張紙，撕成碎紙片。原子彈的衝擊波來了，他把紙一扔，然後根據紙片被捲走的高度、速度和距離計算原子彈釋放的能量值。衝擊波走了，費米就算出來了，而且計算出來的結果和精密儀器測試的結果不相上下……

馬約拉納對自己的研究工作自我要求很高，他很少發表研究成果，除非他本人覺得研究結論已經無可挑剔。

一九二九年，費米研究組的成員之一瑞薩緹（Franco Rasetti）在美國加州理工學院進行訪問研究時，測量了氮原子核的自旋數，其結果是「一」，這讓當時的物理學家很費解。馬約拉納立刻意識到原子核應該是由帶正電的質子和一種不帶電的、質量與質子相近且自旋亦為二分之一的粒子所組成。他把這種粒子叫做 「中性質子」，也就是人們後來發現的中子。具體到氮原子核,其組成應為七個質子加七個「中性質子」。他同時也意識到，為了使原子核不致因內部的質子們 「同性相斥」而分崩離析，核內一定存在一種比電磁力強得多的相互作用力，他稱之為「交換作用力」——這就是後來人們所說的強相互作用力。不過可惜的是，馬約拉納這個人非常低調，甚至有些消極，他沒有發表這些結果。

幾個月後，俄國的一個名字叫伊萬年科（Dmitri Ivanenko）的物理學家也認識到了中子的存在，發表了相關的文章。費米抱怨他坐失良機，馬約拉納也僅僅只一笑置之——從這裡也許可以看出馬約拉納是一個比較淡漠的青年，可能還有點抑鬱，從這裡倒可以解釋他具有某種先天的自殺傾向。

馬約拉納之死

1932年，馬約拉納辭去了在羅馬大學物理研究所的職位，開始了長達四年幾乎足不出屋的「閉關」生活。

1938年3月25日他給家人和他任職的那不勒斯大學物理研究所所長卡瑞利（Antonio Carrelli）各留了一封信後，就登上了一艘開往西西里首府巴勒莫的郵船。一般人和警方都把這兩封信解讀為絕命書——因為從此以後馬約拉納就在人間消失了。

自殺？

他殺？

溺水？

有兩件事令人費解——他在去巴勒莫之前支領了半年的薪水並帶走了所有重要的科研筆記，這不像一個準備自殺之人所為，看起來更像是去「龍泉寺」隱居的。在他平安抵達了巴勒莫以後，又發了一封電報和一封信給卡瑞利。電報僅一句話「別緊張，信隨後就到」，在他的信里則明確說他放棄了自殺的念頭。

根據售票記錄，他確實買了返回那不勒斯的船票，而且有個同艙人(三人住一間艙房)曾作證說，他在那不勒斯下船時，馬約拉納還在艙里睡覺。

但馬約拉納從人間蒸發的事情真的不好解釋。沒人確切知道他是否在那不勒斯下了船。這種不確定的結局，為後人留下了想像的空間。

以致幾十年來不斷有人宣稱在世界的不同角落遇見過馬約拉納，版本之一是：在上世紀六十年代初，馬約拉納經常在智利的一個小酒館裡吃飯，還在餐巾紙上演算數學問題——這難道是從義大利漂流到了南美洲了？也有人說馬約拉納是出家當和尚了。

時至今日，義大利人也沒有忘記他。他多次成為科幻小說或電影的主角,甚至還有關於他的科幻連環畫集。在連環畫里，馬約拉納的結局最為輝煌——被外星人接走了!

總之，很多年以後，馬約拉納跳上帆船出去航海……馬約拉納消失在海平面之下。這就應了本文開頭的那個歌詞，I am sailing，I am dying。

張首晟是不是楊振寧的學生？

在中國媒體的報道中，張首晟教授一般被描述為是楊振寧院士的學生。

比如，蝌蚪君用百度查了一下：

百度里寫著張首晟師從楊振寧攻讀博士學位。

蝌蚪君又查了一下wiki百科。

萬萬沒想到啊：張首晟的博士導師不是楊振寧！

張首晟的博士論文導師是著名超引力專家紐文豪森（peter van Nieuwenhuizen ，他是荷蘭高能物理學家）。也就是說，張首晟在讀博士期間，其實是做高能物理出身的，後來才成長為凝聚態物理學大師，這確實是很難得的。楊振寧先生曾多次鼓勵年輕學子投身凝聚態物理學研究，張首晟教授在這一點上也是受到了楊先生的教導，所以取得如此巨大的成就。

為什麼叫「天使粒子」？

那麼，這次張首晟他們發現的手性馬約拉納費米子為什麼取了一個名字叫「天使粒子」呢？

這裡面可能有好幾個原因，蝌蚪君給大家來分析解讀一下：

首先，是因為馬約拉納費米子是很特殊的，一般的粒子都是既有正粒子又有反粒子，比如電子與正電子是不同的。但是，馬約拉納費米子的特點是正粒子就是反粒子。所以，天使與魔鬼集成在同一個粒子身上了，因此取名叫天使粒子。不過，從這個角度來說，這個粒子的取名也可以換成「魔鬼粒子」，意思也是一樣的——因此還需要其他理由。

其次，是因為有一個希格斯粒子被稱為上帝粒子，於是，為了與上帝對應，現在搞出了一個天使粒子。

最後，有可能是因為馬約拉納本身就是一個折翼的天使。

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