神秘宇宙的探寻者

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Z'Magazine 丨2019丨
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责任编辑丨段 康
神秘宇宙的探寻者
文丨■ 秋 瑟
2018年12月1日，美国华裔物理学家、斯坦福大学物理系、电子工程系和应用物理系终身教授、美国科学院院士、中科院外籍院士张首晟离世，享年55岁。

1963年出生于上海的张首晟，多年来，一直在拓扑绝缘体、量子自旋霍尔效应、自旋电子学、高温超导等领域做研究，2007年，张首晟发现的“量子自旋霍尔效应”被《科学》杂志评为当年的“全球十大重要科学突破”之一。

2017年，张首晟及其团队发现了手性马约拉纳费米子，使得有效的量子计算成为可能。

张首晟先后获得了物理界重量级奖项，包括欧洲物理奖、美国物理学会巴克莱奖、国际理论物理学中心狄拉克奖、尤里基础物理学奖等，更是2017年度中华人民共和国国际科学技术合作奖获得者。

曾发现“天使粒子”
1980年，年仅17岁的张首晟前往德国柏林自由大学学习，专业为理论物理，“用一个公式概括整个世界”成为张首晟的梦想。

通过努力，1996年，年仅33岁的张首晟就被评为斯坦福大学终身教授。

随后，凭借拓扑绝缘体和量子自旋霍尔效应两项理
论的发现，张首晟于2010年获得欧洲物理奖；2012年获得美国奥利弗巴克利奖和狄拉克奖；2014年获得美国富兰克林奖。

此外，张首晟荣获“2016年度华人经济人物”殊荣。

2017年7月21日，张首晟及其团队在《科学》杂志上发表了一项重大发现：在整个物理学界历经80年的探索之后，他们终于发现了手性马约拉纳费米子的存在，并将其命名为“天使粒子”，为物理界的发展做出了重要贡献。

“天使粒子”，即手性马约拉纳费米子，是物理学家埃托雷·马约拉纳在1937年提出的，埃托雷·马约拉纳发表论文假想这种粒子存在，因此而命名。

埃托雷•马约拉纳一生只发表了三篇论文，且在文章泄露马约拉纳费米子“天机”之后不久，就从此销声匿迹了。

因此相较其他粒子而言，马约拉纳费米子显得更加神秘，自从1937年埃托雷·马约拉纳做出以上猜测开始，寻找这一神奇粒子也就成了物理学中许多领域研究工作的崇高目标。

手性马约拉纳费米子得以被发现，源于来自张首晟的理论团队和加州大学洛杉矶分校和UC Irvine 的两个实验团队通力协作七年得来的成果。

七年前，张首晟的团队开始系统的提出实验方案，在2010到2015年期间，张首晟与其团队连续发表三篇论文，精准预言了在哪里能够找到手性马约拉纳费米子，继而指出哪些实验信号能够作为铁证如山的证据。

此前，不少科学家的推测，在粒子物理中，标准模型范畴之外的中微子可能是手性马约拉纳费米子；这一猜测有可能被无中微子的beta 双衰变实验所验证。

遗憾的是，这项实验所要求的精度在今后的10年到20年以内都难以达到。

而在凝聚态物理中，手性马约拉纳费米子有可能作为某些新奇量子基态上的准粒子或元激发而存在。

张首晟及其团队预言，手性马约拉纳费米子存在于一种由量子反常霍尔效应薄膜和普通超导体薄膜组成的混合器件中，并做出相关实验以验证。

在以往的量子反常霍尔效应实验中，随着调节外磁场，反常量子霍尔效应薄膜呈现出量子平台，对应着1，0，-1倍基本电阻单位e2/h。

张首晟及其团队选择把普通超导体置于反常量子霍尔效应薄膜之上，临近效应使之能够实现手性马约拉纳费米子，相应的实验中会多出全新的量子平台，
张首晟先后获得了物理界重量级奖项，包括欧洲物理奖、美国物理学会巴克莱奖、国际理论物理学中心狄拉克奖、尤里基础物理学奖等，更是2017年度中国国际科学技术合作奖获得者。

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对应 1/2 倍基本电阻单位e2/h。

这半个基本电阻来源于手性马约拉纳费米子没有反粒子，因此某种意义上它可以视为半个传统粒子。

所以，这多出来的半整数量子平台就提供了有力的证据，证明在时空中传播的手性马约拉纳费米子的存在。

根据这一理论预言，来自UCLA和
UC Irvine的两个实验团队对该理论十分赞同，并与张首晟的理论团队紧密合作，最终探测到了张首晟团队预言的半整数量子平台，在张首晟团队所提出的器件中实验上发现了手性马约拉纳费米子。

随后的强磁场实验与三端电阻测量进而有力的排除了其他可能的实验噪声与假象。

2017年，这一重大发现已发表在这一期的科学杂志上。

七年的研究终于画上了圆满的句号。

上帝粒子被发现花费了六十多年，引力波被发现耗时一百年，而张首晟及其团队在提出实验模型七年后便验证了实验结果，对此，张首晟曾表示自己非常幸运。

专家表示，手性马约拉纳费米子被发现，将从哲学层面对挑战人类对现有世界的认知，即世界不完全是正反对立的，有阴不一定有阳，有天使不一定有魔鬼。

除此之外，这一发现还具有更加现实的意义——在固体中实现拓扑量子计算将成为可能。

张首晟曾说，“天使粒子”的发现“非常非常神奇，这意味着一个量子比特可以拆成两个，对整个量子物理有根本的改变”。

据悉，张首晟团队所提出的器件同时还是二维体系，从而允许手性马约拉纳费米子的纠缠和编辫，使得有效的量子计算成为可能。

从基本科学发现到技术应用往往需要多年时间，但是张首晟曾对于这“天使粒子”巡游的量子天堂充满了兴奋与期待：“拓扑量子计算能够解决当下人类面对最艰难的一些问题，从而迎来一个完美世界。

”
天使粒子已被发现，对万能理论的探索却远未终结。

接下来，除了推动国内量
子计算的发展外，张首晟的下一个目标是
发现磁单极，同列神秘粒子表单的磁单极
至今未被人类发现，留给人类的宇宙之谜
还有很多。

然而，深受病魔折磨的张首晟已经看
不到“天使粒子”应用到技术那一天，但是，
张首晟明白，宇宙的谜团会被一个一个解
开，但人类寻美而求真的冲动却不会改变，
正是这股好奇心驱动着人类不断去探索宇
宙的真相。

生前主投区块链、金融科技
除了科学家身份以外，张首晟也是一
名投资人，他于2013年创立了丹华投资，
专注于投资最具颠覆性的创新科技和商业
模式，并搭建起斯坦福、硅谷和中国的桥梁。

2013年，张首晟与自己的学生谷安佳
博士联合创立丹华资本。

据已公开的数据
显示，丹华资本对外投资113个项目，包
括区块链、企业级应用与金融科技等领域。

据了解，丹华资本一期基金融资9200
万美元，投资项目主要集中在大数据、移
动互联网、虚拟现实/增强现实、人工智
能等领域的中早期创业公司。

丹华资本通
过两支基金总共募集4.345亿美元资金。

当前，丹华资本官网投资项目显示，
基金共投出消费与金融科技项目18个；区
块链项目42个；大数据项目24个；生命
科学项目16个。

投中网数据显示，丹华资
本在区块链技术、区块链应用和数字货币
领域共计投资事件金额达到约1.88亿元。

跨界风投创业5年来，张首晟始终坚
信，科学和金融是相通的。

“有些科学家
比较牛，主要就是眼光准确，那么多可以
选的题目中如何选对题目并朝这个方向走
下去，从而开辟一片新天地，这个是关键
的。

而投资也是同样的道理，所以需要把
两者之间打通。

”
在丹华资本的团队中，张首晟是斯坦
福的三系教授，还有创始合伙人谷安佳和
来自斯坦福本科的毕业生，有着完善的投
资发掘渠道。

当然，张首晟在学术界的声
望和地位，是吸引诸多学生创业项目的重
要基础。

虽然在资源连接方面有着自己的优
势，但丹华资本的最大特色还是张首晟怎
样用科学思维方式做投资。

张首晟曾表示，“物理学里面有个很
大的分支是统计力学，主要研究的就是概
率和统计；现在讨论大数据，很多基本的
算法都来自于物理学奖。

现在大热的机器
学习技术，几乎所有以人名命名的算法都
来自于物理学奖”。

据了解，张首晟曾多次在公开活动或
发言中表示看好区块链技术。

今年6月，
张首晟撰文陈称，“今天出现的区块链技
术，也会导致新的时代。

这个时代的革命
强度可能是互联网革命的十倍、百倍。

互
联网时代只是信息交换的时代，而区块链
时代有了价值的交换，我们可以产生数据
的市场，每个人拥有自己的数据，然后在
交换的过程中产生新的价值”。

张首晟认为，区块链是互联网的十倍
甚至一百倍，“所谓的泡沫现在很多项目
都是完全泡沫，可能带领大家一个比较好
的路线，一个项目不要马上ICO面向大众，
通过一个著名的VC来做投资，有一个判
断能力。

”
如今，张首晟联合创下的丹华投资已
初见成效，他所预言的区块链时代也正在
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