杨振宁得意弟子意外辞世,华裔物理学家张首晟发现了“天使粒子”

2018年12月06日 微珀斯




12月6日上午来自美国的消息,当地时间12月1日,出生于上海的美国华裔物理学家,美国斯坦福大学终身教授、美国科学院院士、中科院外籍院士,2017年度中华人民共和国国际科学技术合作奖获得者张首晟教授去世,终年55岁。


来源/复旦大学


张首晟,美国华裔科学家,1963年生于上海。1978年考入复旦大学物理学系,现任斯坦福大学终身教授。凭借对拓扑绝缘体和量子自旋霍尔效应的开创性研究,张首晟已包揽物理学界所有重量级奖项,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、尤里基础物理学奖和富兰克林奖章。2007年,他发现的“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。他曾多次被外界视作诺贝尔奖热门候选人之一。


张首晟和上海、和复旦渊源颇深,他的祖父张彝是复旦建校后的第二届学生。2005年复旦百年华诞,他将珍藏的祖父的卒业文凭捐给了母校,这也是迄今为止发现的最早的一张复旦大学毕业文凭。

  

  来源/复旦大学


2017年7月21日凌晨,张首晟及其团队在美国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Majorana费米子的存在。

  

这一发现,验证了由意大利理论物理学家Ettore Majorana在80年前提出的预测——存在一类没有反粒子的粒子。同时也证明了存在一种比量子还小的单位,这将对现在的量子理论带来巨大的改变。

  

张首晟将这一新发现称为“天使粒子”。普通群众可能暂时难以理解这一发现,但是对基础物理界来说,这或将开启一个新的时代。

  

1928年,英国理论物理学家保罗·狄拉克(Paul Adrie Maurice Dirac)提出了著名的狄拉克方程式。这一发现,从理念上预言了正电子的存在,狄拉克提出:宇宙中每一个基本粒子必然有相对应的反粒子。

  

1932年,美国物理学家安德森在研究宇宙射线时,无意间发现了狄拉克预言的正电子。从此以后,宇宙中有粒子必有其反粒子被认为是永恒不变的真理。

  

张首晟曾经介绍:“根据以往的认知,我们似乎生活在一个充满正反对立的世界。比如有正数必有负数,有存款必有负债,有阴必有阳,有善必有恶,有天使必有恶魔。”

  

但是,在1937年,也就是整整80年前,Ettore Majorana做出这样一个大胆的猜测:会不会有一类没有反粒子的粒子,或者说它们自身就是自己的反粒子。这个粒子被后来的物理学界称之为Majorana费米子,并和希格斯波色子、引力子、磁单极、暗物质等一起被视为人类最为梦寐以求的神秘粒子。

  

从那开始,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。

  

在2010年到2015年之间,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Majorana费米子,继而指出哪些实验信号能够作为铁证如山的证据。他们预言手性Majorana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。

  

张首晟将发现的手性Majorana费米子称为天使粒子,这一灵感来自于小说《天使与魔鬼》。在Dan Brown的这部小说中,正反粒子的碰撞会将所有质量以能量的形式释放出,从而湮灭整个世界。而天使粒子的发现,就好像发现了一个完美的世界,这里只有天使,没有魔鬼。

  

张首晟曾表示,天使粒子最重要的意义是改变了基础物理,因为它改变了人们一直认知的正反对立的世界观。

  

来源/视觉中国


对于每一位物理学家来说,基础物理的研究都是一段极为漫长的过程。一个重大的发现往往需要50年甚至100年的时间,有发现已经是幸运的。也有很多人,可能倾注毕生,最终也没有所获。而张首晟是成功者。

  

张首晟17岁便前往德国柏林自由大学学习,他学的是理论物理专业,这也是杨振宁的专业,他的恩师也是这位科学大师。

  

但理论物理的就业面太窄,张首晟一度开始担心自己的前途。但当他来到哥廷根大学附近的一块墓地,看到里面埋葬的一些物理学家都是用其生前发现的公式作为墓志铭,这深深震撼了张首晟。自此,“用一个公式概括整个世界”成为张首晟的梦想,也让他决定将毕生的精力都贡献给物理学研究。

  

还有一个选择对张首晟产生了深远的影响。当年在柏林自由大学学习时,张首晟一直将大统一理论当成自己的学术目标。因为这是爱因斯坦努力一生的事业,也是杨振宁的领域。

  

接下来,1996年,年仅33岁的张首晟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。

  

张首晟多年被汤森路透预测会得到诺贝尔奖,杨振宁则评价“他获得诺贝尔奖只是时间问题”。


据凤凰科技报道,张首晟教授系跳楼身亡。媒体称,张首晟长期患有抑郁症,当地警方已确认其为自杀。


张首晟家人对此发表声明:




翻译如下


我们心怀悲痛地告知大家,在与抑郁症顽强对抗后,我们敬爱的首晟在12月1日——上周六意外离世。


许多人知道首晟是因为他是一名知名科学家和思考者,而我们了解他、敬爱他,是我们的丈夫和父亲。首晟珍惜与家人一起的时光胜过一切,为我们可以抛开一切。在家族度假的时候,他喜欢带我们去看世界上最美的自然景观,足迹所到之处,喜欢与我们分享古老的历史故事,鼓励我们提出新想法,开发兴趣。首晟渴望通过科学研究见证世界的奇特,他给整个世界带来了孜孜以求的精神。他最喜爱的William Blake的诗歌,可以体现他对探索和发现美好的终生追求:


  To see a world in a grain of sand.         

  And a heaven in a wild flower.               

  Hold infiniyt in the palm of your hand. 

  And etemity in an hour. 

  一花一世界,一沙一天国,

  君掌盛无边,刹那含永劫。(李叔同 译)


在此悲伤难抑之际,我们对给予我们支持和慰问的人们表示感激。不过,我们希望公众在我们面临如此沉痛的时刻,尊重我们的隐私。


芭芭拉、斯蒂芬妮、布莱恩及鲁斯

敬上



张首晟个人经历:

张首晟1963出生于上海。


1978年,在没有读过高中的情况下,15岁的张首晟直接考入复旦大学物理系。


1979年(大二),作为交流学生被送往德国柏林自由大学深造。


1983年,获德国柏林自由大学硕士学位,同年赴美国纽约州立大学石溪分校,师从著名物理学家杨振宁教授攻读博士学位。


1987年,获物理学博士学位。


1987年,进入加州大学圣芭芭拉分校从事博士后研究。


1989年底,结束博士后研究,与妻子余晓帆一起到了San Jose的IBM继续从事科学研究工作。


1993年,被聘为斯坦福大学物理系副教授。


1995年,年仅32岁的张首晟被聘为斯坦福大学物理系教授,成为斯坦福大学最年轻的终身教授之一。


2013年,入选中国科学院外籍院士。


2015年,入选美国科学院院士。





本文采编于新民网部分素材来自于中科院之声等网络


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