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bob体育登录-听诺奖得主讲解“任意子”,第三类量子粒子揭开神秘面纱

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摘要:在二维体系中存在第三类量子粒子,其自旋量子数既不是整数也不是半整数,而是任意大小。

你听说过“任意子”吗?这是诺贝尔物理学奖得主、李政道研究所所长弗兰克·维尔切克教授设想的一种量子粒子,其性质与写入教科书的费米子、玻色子并不相同。昨晚8时,第150期上海交通大学大师讲坛首次采用网络直播模式,维尔切克向上海交通大学、麻省理工学院、北欧理论物理研究所等单位的科研人员和学生讲解了“任意子”。

听众中,有中科院院士潘建伟、中科院院士王贻芳、上海交大物理与天文学院教授郑杭。演讲结束后,维尔切克与这三位嘉宾就“任意子”的前沿研究与未来应用进行了探讨。

“任意子”观测证据登上《科学》

在报告中,维尔切克介绍了“任意子”的概念与来源,并重点介绍了两个实验工作:一个是2016年,中国科技大学潘建伟教授团队在由4个量子比特组成的超导电路中,产生“任意子”激发;另一个工作是来自巴黎大学、法国科学研究中心和雷恩高等师范学校的研究人员在今年4月《科学》杂志上发表的封面文章,阐述了“任意子”的观测证据。

微观尺度中的量子粒子,拥有与宏观物体迥然不同的奇妙特性。在量子力学教科书中,量子粒子被分为费米子、玻色子两类。费米子遵从泡利不相容原理,即两个费米子不能同时处于相同的量子态上;玻色子则相反,可以汇集在相同的量子态中。之所以有这种区别,其深层原因是费米子的自旋量子数为半整数,而玻色子的自旋量子数为整数。

科学家发现,有自旋的全同粒子在交换空间位置时,用来表示体系状态的物理量会出现一个附加的相位——对于玻色子,该相位为0度;对于费米子,该相位为180度。就好像在双胞胎之间放置一面特别的旗帜,当双胞胎位置交换时,旗帜的指向会因两人的内在属性而产生一定变化。如果这对双胞胎是玻色子,两人位置交换后,旗帜指向将保持原状;如果这对双胞胎是费米子,两人位置交换后,旗帜指向则反向。

那么有没有可能有一类双胞胎,两人位置交换后,旗帜指向任意一个角度呢?即除了自旋量子数取整数的玻色子和取半整数的费米子以外,是否存在第三类量子粒子?维尔切克在上世纪80年代提出一个理论:在二维体系中存在第三类量子粒子,其自旋量子数既不是整数也不是半整数,而是任意大小。他将这种量子粒子命名为“任意子”。

李政道研究所实验楼正在建设中

据介绍,上海交通大学大师讲坛创办于2012年4月,是面向全校师生的高层次学术活动,定期邀请国内外学术大师、著名科学家、学者等走进讲坛,以访谈与讲座相结合的形式,讲述学术思想,传授科研方法,弘扬科学精神,激发交大学子的学术志趣。

8年来,大师讲坛已邀请包括17位诺贝尔奖得主在内的一百多位学术大师,与近70000人次交大师生面对面交流。150场大师授业,涵盖数学、物理、化学、生物、工程、经济等各个领域。

解放日报·上观新闻记者从昨晚的大师讲坛上获悉,作为上海市重大工程,李政道研究所实验楼正在如火如荼地建设中。实验楼位于上海张江科学城孙桥科创中心单元中部,总建筑面积约56000平方米,计划今年6月结构封顶,年底基建竣工。

在科学研究方面,李政道研究所探索前沿科学的脚步没有因疫情而停滞,而是积极开展科学研究与学术交流,组织了一批线上学术报告,在包括《物理评论快报》等顶级学术期刊上发表了一系列学术论文。

昨晚的大师讲坛还邀请了麻省理工学院、北欧理论物理研究所、斯德哥尔摩大学等国际知名高校与科研院所共同在线观摩。维尔切克表示,他的一部新著作的写作已近尾声,他鼓励李政道研究所在此特殊时期,静下心来专注于科研工作,为研究所的发展做出积极贡献。

栏目主编:黄海华
文字编辑:俞陶然