1月3日，一篇以美國賓夕法尼亞州立大學物理系助理教授常翠祖為通訊作者的論文在線發表在頂級學術期刊《》上。 研究小組未能在30多個樣本中找到“天使粒子”存在的證據。 相反，之前的所謂“證據”或許可以用更平庸的“短路”機制來解釋。
常翠祖，山東濰坊人，2007年畢業于山東大學光學工程系，后進入清華大學師從薛其坤，2013年獲得博士學位。全球首次發現量子反常霍爾效應失蹤物理學家，并第一個通過短信告知導師。 隨后，常翠祖在麻省理工學院作為博士后重復了這項工作。
正負粒子
早在2017年7月，同樣是在《》雜志上發表了一篇題為“量子反常霍爾絕緣體-超導結構中的手性馬約拉納費米子模式”的論文，引起了轟動。 作者為何慶林、寇旭峰、張首晟、王康龍。
這項工作涉及一種被預測的神秘粒子，稱為馬約拉納費米子。 物理學領域有兩種基本粒子：費米子和玻色子。 費米子包括電子、夸克和其他構成物質的常見粒子。
1928 年，物理學家保羅·狄拉克 (Paul Dirac) 預測，宇宙中的每個基本粒子都有一個相應的反粒子——帶相反電荷的“雙胞胎”。 當粒子和反粒子相遇時，它們會湮滅，釋放出一股能量。
1937年，意大利天才物理學家埃托雷·馬約拉納提出了另一種預測：應該存在一些費米子，它們本身就是反粒子，可以用波動方程來描述。 馬約拉納在預言結束后悄然消失，給預言增添了神秘的色彩。
意大利天才物理學家埃托雷·馬約拉納
80年后，同樣被稱為天才的張首晟，受到丹·布朗的小說和電影《天使與魔鬼》的啟發，給馬約拉納費米子起了個“天使粒子”的綽號。 “這部作品描述了正負粒子湮滅爆炸的場景。過去，我們認為每個粒子都必須有它的反粒子，就像每個天使都必須有它的魔鬼一樣。但今天，我們發現了一個沒有反粒子的粒子，一個只有天使而沒有魔鬼的完美世界的粒子。”
電導“半步”
何慶林、寇旭峰、張首晟、王康龍等人找到的決定性實驗證據是“半步”，即半整數電導機制。
張首晟在2008年從理論上預言了量子反常霍爾效應，并于2013年得到了他的朋友、清華大學教授薛其坤團隊的證實。在實驗中，隨著外部磁場的調整，反常量子霍爾效應效應膜呈現出一個量子平臺，對應于基本電阻單位e2/h的1、0和-1倍。 也就是說，它只能以整數倍的方式“跳步”。
普通粒子只能跳躍整步，所以同體的馬約拉納費米子在某種意義上被認為是“半粒子”，它能跳躍半個整數嗎？ 1993年，麻省理工學院教授文曉剛預測，一些二維拓撲態的邊界上會出現手性馬約拉納費米子模。
王康龍團隊使用的器件結構
當加州大學洛杉磯分校王康龍團隊將普通超導體放置在反常量子霍爾效應薄膜之上時，他們確實看到了“半步”，對應于基本電阻單位e2/h的1/2倍。
結果引發三重爭議
經過媒體廣泛報道后，“天使粒子”的結果陷入了長期的爭議。
第一個爭議：真正的粒子被發現了嗎？
事實上，馬約拉納費米子一直有一個“最佳嫌疑人”，那就是中微子。 然而證明這一點需要進行無中微子β雙衰變實驗，而人類目前還沒有能力達到相應的實驗精度。 因此，一些科學家將注意力轉向凝聚態物理。
凝聚態物理研究由大量粒子組成的凝聚態結構，單個粒子一般無法直接觀察到。 然而，固體材料（如金屬、非金屬、半導體、超導體等）內部的自由電子在磁場、壓力、溫度等一定的外部條件下會產生特定的集體活動趨勢，就好像它們是一個虛粒子一樣。
這些“準粒子”在合適的環境條件下會表現出與真實粒子相同的物理定律，但它們“附著”在固體材料上，可以看作是粒子投射到其上的幻影，即馬約拉納費米子模型。 。
為了簡化描述，真實的馬約拉納粒子是三維的失蹤物理學家，而虛擬的馬約拉納費米子模塊是一維的。
論文本身使用了專業表述“手性馬約拉納費米子模式”，但媒體卻廣泛使用了更流行的術語“馬約拉納粒子”，這引起了一些誤解。
爭議之二：捐款分配的“內訌”。 張首晟帶頭成果被廣泛曝光后，王康龍對其“威望”不滿。 他公開表示張首晟沒有參與實驗，直到論文發表前三個月，張首晟才要求成為文章的通訊作者。
2018年12月，張首晟因抑郁癥在斯坦福大學墜樓身亡。 公眾關于“天使粒子”的討論逐漸沉寂。 然而，關于實驗重復性的第三個爭議一直是暗流。
結果公布后，國際上多個研究小組嘗試重復實驗結果，但都沒有獲得“天使粒子”的明確證據。 一些理論表明，臨界半整數電導平臺可能不是由手性馬約拉納費米子模式引起的，有幾種更平淡的解釋，包括材料邊緣的“短路”問題。
事實上，《天使粒子》論文從投稿到發表僅用了一年的時間。 據知情科研人員透露，《科學》的審稿人確實有這樣的顧慮，要求王康龍團隊盡量排除其他可能性，然后才最終接受。
幻滅
此次《》發表的陰性結果論文最終指向了“短路”的平庸機制。 該論文的標題是“量子反常霍爾超導器件中手性馬約拉納費米子模式缺乏證據”。
仿照《天使粒子》論文中的實驗，賓夕法尼亞州立大學領導的聯合團隊制作了 30 多種普通超導體和反常量子霍爾效應薄膜相結合的結構，并發現當器件處于反常量子霍爾態且與磁化方向一致，兩端的電導始終呈現半整數階躍。 這與“天使粒子”論文實驗中整數步和半整數步共存的結果不一致。
最新逆轉論文發表
文章認為，這個半量子化電導平臺不太可能是由樣品中的手性馬約拉納粒子引起的。 研究小組指出，之前的實驗忽略了覆蓋反常量子霍爾效應薄膜的超導條與兩側反常量子霍爾絕緣體的簡單電連接。 換句話說，造成“短路”。 這種短路就是“半步”現象的根本原因。
80多年過去了，馬約拉納費米子仍然沒有蹤跡。 它曾經以幻影的形式出現在凝聚態物理界的熱門材料上，而當它涉及到拓撲量子計算的熱門話題時，它就更加誘人，但最終證明只是一個夢想。
