近日，在張首晟、何慶林、寇煦豐、王康隆等4位華人科學(xué)家的帶領(lǐng)下，中美科研團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了物理學(xué)里的重大突破：找到了正反同體的“天使粒子”——手性馬約拉那費(fèi)米子模。國際物理學(xué)界追尋馬約拉那費(fèi)米子已有80年。
研究成果發(fā)布在《科學(xué)》雜志上后，論文通訊作者之一、美國斯坦福大學(xué)教授張首晟成為媒體關(guān)注的焦點(diǎn)。有媒體文章認(rèn)為，張首晟在物理學(xué)取得的成就，足以為他贏得諾貝爾獎，獲獎只是時間問題。針對這樣的觀點(diǎn)，張首晟在接受澎湃新聞（www.thepaper.cn）電話專訪時進(jìn)行了回應(yīng)：“我在國內(nèi)工作了很長時間，也和國內(nèi)媒體、科學(xué)界有過很多的接觸。我現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)一個現(xiàn)象，一旦有重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，始終會聽到兩個問題。第一個問題是這個科學(xué)發(fā)現(xiàn)到底有沒有用，第二問題是這個科學(xué)發(fā)現(xiàn)能不能得諾獎。我覺得這兩個問題問得都不恰當(dāng)，也是不合適的。”
張首晟
54歲的張首晟說，自己的偶像是愛因斯坦，而翻看愛因斯坦獲得諾貝爾獎的經(jīng)歷可以發(fā)現(xiàn)，愛因斯坦是在解釋光電效應(yīng)18年后才獲得諾貝爾獎的。
“如果外界整天只想問科學(xué)家這兩個問題，而他們也認(rèn)為這是科學(xué)動力的話，我想絕大多數(shù)人會對這個結(jié)果失望的。”張首晟告訴澎湃新聞。
現(xiàn)在，張首晟除了擔(dān)任斯坦福大學(xué)教授外，還成立了投資公司，其創(chuàng)立的丹華資本已經(jīng)在美國、中國進(jìn)行投資。
“天使粒子”以及“馬約拉納費(fèi)米子”
要解釋張首晟團(tuán)隊(duì)這次的發(fā)現(xiàn)，首先得追溯到1928年。當(dāng)時，物理學(xué)家保羅·狄拉克（Paul Dirac）做出了一個驚人的預(yù)測：宇宙中的每個基本粒子都有一個與其對應(yīng)的反粒子——電荷相反的“雙胞胎”。當(dāng)粒子與反粒子相遇時，它們會湮滅，同時釋放出一股能量。這一預(yù)測隨后被實(shí)驗(yàn)證明。
狄拉克
接著時間推進(jìn)到1937年，意大利理論物理學(xué)家埃托雷·馬約拉納（Ettore Majorana）在他的論文中提供了另一種預(yù)測：在一類被稱為“費(fèi)米子”的粒子（包括了質(zhì)子、中子、電子、中微子和夸克）中，應(yīng)該有一些粒子，自己就是自己的反粒子，并可以用一個波動方程來描述。不過可惜的是，馬約拉納在做出這一預(yù)測后，自己也神秘消失了。至此，人類也踏上了尋找這一神奇粒子的漫長過程。
馬約拉納
雖然凝聚態(tài)物理實(shí)驗(yàn)一般無法直接觀測到真正的“基本粒子”，但實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的特定現(xiàn)象，符合“基本粒子”的特征表現(xiàn)，可以說是非常重要的“準(zhǔn)粒子”。張首晟團(tuán)隊(duì)這次在拓?fù)浣^緣體和超導(dǎo)體組成的系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的手性馬約拉納費(fèi)米子，就符合馬約拉納費(fèi)米子的波動方程，能有力證實(shí)這種“天使粒子”的存在。
在張首晟的團(tuán)隊(duì)之前，也有許多科研團(tuán)隊(duì)在尋找“馬約拉納費(fèi)米子模”，其中就包括上海交通大學(xué)教授賈金鋒團(tuán)隊(duì)。2016年6月，國際頂級物理學(xué)刊物《物理評論快報》（Physical Review Letters）在線發(fā)表了賈金鋒教授及其合作者的論文。論文中，賈金鋒團(tuán)隊(duì)通過巧妙的實(shí)驗(yàn)設(shè)計，率先觀測到了在渦旋中的馬約拉納費(fèi)米子的蹤跡。
那么這次，張首晟團(tuán)隊(duì)的研究與之前的一些科學(xué)探索又有哪些不同？“我們這次的發(fā)現(xiàn)是和以前的零能模不一樣，我們發(fā)現(xiàn)的粒子, 它既是一個波也會動，是真正滿足馬約拉納波動方程的粒子。”張首晟告訴澎湃新聞。
闡述各自實(shí)驗(yàn)的不同前，或許大家需要對觀測“馬約拉納費(fèi)米子”有個判據(jù)，即在什么樣的條件下，才算是成功觀測到“馬約拉納費(fèi)米子”。麻省理工學(xué)院物理學(xué)教授李雅達(dá)提出了一個評判標(biāo)準(zhǔn)：在實(shí)驗(yàn)中，需要測到奇數(shù)個馬約拉納零能模；并且微分電導(dǎo)應(yīng)達(dá)到量化值。
依據(jù)這個實(shí)驗(yàn)判據(jù)，張首晟認(rèn)為：“如果是用100分來表示李雅達(dá)判據(jù)的話，那么以前的實(shí)驗(yàn)做到了1-10分，但我們團(tuán)隊(duì)做到了99-100分。”
“11年3次預(yù)言正確，這是我最輝煌的11年”
都說任何科學(xué)成就都不是一蹴而就的，據(jù)張首晟介紹，這次能完成找到“馬約拉納費(fèi)米子”，自己用時11年。
“11年其實(shí)不算長，但我們?nèi)晤A(yù)言成功。這個在我的人生當(dāng)中，以后回憶或許是最輝煌的11年。”張首晟說。
張首晟團(tuán)隊(duì)搜尋手性Majorana費(fèi)米子的實(shí)驗(yàn)平臺
在采訪中，張首晟把自己的研究比作做蛋糕。這個“蛋糕”在2006年就開始做了，也就是張首晟的“成名作”拓?fù)浣^緣體。2007年，德國的實(shí)驗(yàn)小組在拓?fù)浣^緣體中驗(yàn)證了張首晟所預(yù)言的量子自旋霍爾效應(yīng)。
到了2008年的時候，張首晟的理論小組就想“把蛋糕做得更好一點(diǎn)”，準(zhǔn)備在里面放一些“草莓”。這些“草莓”是一些磁性材料。當(dāng)時他們預(yù)言拓?fù)浣^緣體加入磁性材料后，會觀測到量子反常霍爾效應(yīng)。2013年，清華大學(xué)薛其坤教授驗(yàn)證顯示，果然如此。
2010年，張首晟團(tuán)隊(duì)又在蛋糕里面，加了一些“奶油”，而奶油就是超導(dǎo)體。“我們的理論當(dāng)時就是預(yù)測說你做出了蛋糕，加了草莓，加了奶油后，就會發(fā)現(xiàn)手性馬約拉納費(fèi)米子。蛋糕從上面看是一個二維的，它有個邊緣。那馬約拉納費(fèi)米子出現(xiàn)時只會順時針走, 不會逆時針走。它既是粒子，也是波，在這個意義下它就是手性馬約拉納費(fèi)米子。”張首晟說。最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也沒讓張首晟失望。
在11年的科學(xué)探索中，張首晟曾在2014年無限接近諾貝爾物理學(xué)獎。當(dāng)時，湯森路透給出的物理學(xué)獎熱門人物就有張首晟。可惜，張首晟與那年的諾貝爾獎擦肩而過。
“我覺得當(dāng)時的預(yù)測是客觀分析，但和我主觀意識其實(shí)沒有很大聯(lián)系。對我自己個人來說，就不應(yīng)該做這樣的預(yù)測。我可以非常肯定的告訴你，得不得諾獎對我來說不那么重要。如果一個科學(xué)家整天想著得獎的事情，我覺得他不會有很大的成就，而且每天都會過的非常漫長。但如果你把科學(xué)探索想成一個探險，把大自然想成一個藝術(shù)品，你的預(yù)言，大自然居然都幫你實(shí)現(xiàn)了，那你每天都會過得非常享受。”張首晟告訴澎湃新聞（www.thepaper.cn）。
投資人與學(xué)術(shù)研究
或許是受斯坦福大學(xué)濃厚的創(chuàng)業(yè)氛圍影響，2013年9月，張首晟與自己的學(xué)生谷安佳一起，創(chuàng)立了丹華資本（Danhua Capital）。據(jù)張首晟介紹，“丹”取之于斯坦福，“華”取之于中華，意在成為中國連接世界創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的發(fā)源地——斯坦福大學(xué)和硅谷的高速橋梁。以斯坦福和硅谷為核心，丹華資本專注于投資美國最具顛覆性和影響力的科技成果和商業(yè)創(chuàng)新。根據(jù)PitchBook的資料顯示，丹華資本的投資組合中的“獨(dú)角獸”已有9個。
“目前，丹華資本在斯坦福附近有2期美元基金，北京也有1期10億元的人民幣基金。”張首晟說。盡管成立才4年，根據(jù)crunchbase資料，丹華資本已經(jīng)對58家公司進(jìn)行了77筆投資。
在眾多的投資領(lǐng)域中，張首晟告訴澎湃新聞，自己非常看好人工智能在垂直領(lǐng)域里的發(fā)展?jié)摿ΑＴ谄渫顿Y的公司中有做自動駕駛的Auto-X，也有做利用人工智能算法防止金融數(shù)據(jù)詐騙的公司，以及利用大數(shù)據(jù)挖掘開發(fā)更好的教育產(chǎn)品的公司。
“在選擇公司時，我會更看重所在領(lǐng)域的技術(shù)是否前沿，以及這個公司團(tuán)隊(duì)是不是有快速學(xué)習(xí)的能力。現(xiàn)在，許多投資都是我最后拍板決定。”張首晟說。
一邊是做學(xué)術(shù)研究，一邊是做投資。對于這樣的雙重身份，張首晟樂在其中。他告訴澎湃新聞（www.thepaper.cn），雖然自己的偶像是愛因斯坦，但他也想成為達(dá)·芬奇、富蘭克林這樣的人。
“我覺得在達(dá)·芬奇和富蘭克林身上，我看到了科學(xué)家的不同方向。他們既有偉大的科學(xué)研究，又在藝術(shù)、商業(yè)甚至政治上有自己的成就。”張首晟說。
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