在实验室中闪现物质-反物质对

在实验室中闪现物质-反物质对

何处是猎取希格斯玻色子（Higgs boson）或神秘粒子的场所，并在那里能设法做到物质与其反物质同时出现？看来，目前只有位于瑞士日内瓦附近欧洲核子研究中心的强大粒子加速器——大型强子对撞机（LHC）有此可能。在美国物理学会最近于波士顿举行的一次学术讨论会上，有两篇报告叙述了极微量的这种稀奇之物质-反物质对能够在实验室中闪现。

第一种是纯理论性的。马里兰大学的理论工作者Stephen Powell等建议给予物质质量的幽灵般的希格斯玻色子可能在被称为自旋冰（spin ice）的晶体中闪现。自旋冰的命名来源于在这些晶体中的量子力学自旋的有序化，酷似于由普通水所结冰中的氢原子。2008年当在这种晶体中发现藏匿着单个磁荷的磁单极子，而磁单极子又如一电荷那样围绕着自旋冰运动时，引起了物理学界的轰动，因为磁荷一般都是闭锁在自然成对的南北磁极中。

Stephen Powell说，自旋冰可能还隐藏着另一个秘密：在适当的条件下，它会呈现出更有序的状态，该状态可用当希格斯玻色子给予其他基本粒子质量时早期宇宙经受着的变化之数学描述来说明。如果是，则一个极类似于希格斯玻色子的实体将能潜伏在自旋冰内。

第二篇报告是有实际意义的。70多年前，意大利物理学家Ettore Majorana在研究隐藏在费密子（femions）身后的问题。电子、夸克等物质基本构件的一类粒子统称为费密子，每个费密子都有与其电荷相反但其他性质都一样的反粒子，如电子的反粒子是带正电的正电子。

通常，粒子与其反粒子一接触便互相湮灭，但1937年，Majorana提出当时看来不过是一则数学的奇谈怪论：一不带电荷的费密子也能有一反粒子，该反粒子的电荷也为零。这样的粒子与其反粒子是区别不了的，而且两者还能和平共处。

2012年2月27日，荷兰德尔夫特技术大学的Leo Kouwenhoven和他的同事们呈现出这种“一组两事”的试验性证明。他们的梅杰拉纳粒子（Majorana particls）不是能自行漫步进入粒子探测器的那种自由试剂，而是在一由超导体锑化铟构成的纳米尺度导线内的集体激发态之电子和“空穴”。小组在纳米导线的能谱中见到一尖峰，这暗示与一物体精确地在零能量下形成相符，正如所料是产生了一对梅杰拉纳费密子的信号。当他们施加一磁场于纳米导线时，发现其能量不随场强而变化，肯定了此信号确实来自梅杰拉纳粒子对。

如果上述试验被肯定，则梅杰拉纳粒子将能作为量子比特（qubits）之候选者用于量子计算机中。量子比特不同于一般比特之处在于其能同时存在于多重状态，所谓的叠加态，并能彼此纠缠。这也意味着量子计算机能同时进行多项计算，运算效率比一般计算机要高得多。

量子比特是娇嫩的创造物，在经受任何来源的打击时极易丢失信息。有许多创作量子比特的方案，包括利用光子和圈闭着的离子，但梅杰拉纳粒子有其独具的长处：该粒子能编码遍布于两处的同一信息，使它们能极大地提高抗衡局域起伏的能力。

不幸的是，Majorana在一次从意大利西西里岛首府巴勒摩到那不勒斯的泛舟途中不慎落水，遗体也未找到。Kouwenhoven和他的同事们再也分享不到这位年方31岁青年俊杰的其他秘笈了。2006年，乌克兰物理学家Oleg Zaslavskii语出幽默：Majorana的消失是他精心创制的幻象用以验证量子叠加现象的，简言之，他希望有如薜定谔猫那样既消逝又存活。但是，与Majorana之梦想引人入胜的粒子不同的是，这是一个不能在实验室中解决的秘笈。

［许呆呆 据NewScientist，2012-02-29］