万搏首页-李政道研究所将于6月底封顶,所长今远程为听众“揭秘”第三种量子——任意子

万搏首页-李政道研究所将于6月底封顶,所长今远程为听众“揭秘”第三种量子——任意子

你或许从动画片中听说过“任意门”,那你知道任意子吗?这可以从结绳记事的远古时代,人们就掌握的编织绳子、辫子的技能说起,你能想象在微观量子的世界也可以用类似的手段来记录及操控量子信息吗?

今天(5月14日)晚,第150期上海交通大学大师讲坛首次通过“网络直播”,邀请诺奖得主,知名物理学家弗朗克·维尔切克教授在线做客,抛开理论公式与技术细节,带领大家经“任意门”来到任意子的世界,并通过大量的图片与通俗的概念向大家讲述任意子的“前世今生”。在大师讲坛上,维尔切克还透露,位于张江的李政道研究所将于今年6月完工,将打造成基础研究创新平台。

在报告中Wilczek教授介绍了任意子的概念与来源,并重点介绍了两个实验方面工作:

一是2016年中国科技大学潘建伟教授团队在由四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》杂志上所发表的封面文章,阐述了任意子的观测证据。

维尔切克说,在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。

在量子力学的教科书中,量子粒子被分为费米子和玻色子两类。

其中费米子遵从大家所熟悉的泡利不相容原理,即两个费米子不能同时处于相同的量子态上;而玻色子则相反,它们可以汇集在相同的量子态中。会有这样的现象发生,其更深层的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。

人们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°,而对于费米子该相位为180°。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,旗帜指向了任意一个角度呢?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?诺贝尔物理学奖得主、李政道研究所所长Frank Wilczek教授在上世纪80年代起便提出了一个理论:在二维体系中存在着第三类量子粒子,其自旋量子数既不是整数也不是半整数,而是任意大小。Wilczek教授将这种新量子粒子命名为任意子(anyons)。

在今天晚上的报告中,他还介绍了任意子的应用前景。这种用类似编织辫子的技能来操控量子态的手段已经成为了目前量子物理研究的热点之一。

本次大师讲坛还特别邀请了4位嘉宾:中国科学技术大学潘建伟教授、中国科学院高能物理研究所王贻芳教授、上海交通大学物理与天文学院郑杭教授与加州大学圣地亚哥分校Daniel Arovas教授。Wilczek教授的演讲后,与几位嘉宾就任意子的前沿研究与未来应用等领域进行了探讨。

在今天晚上的大师讲坛,维尔切克还透露了李所的建设进展。李所将着力打造重大创新平台

近日,上海市推进新型基础设施建设行动方案(2020-2022年)正式发布。该方案的实施创新基础设施建设行动中指出:围绕科学与产业前沿布局建设重大创新平台。围绕量子物理、材料基因组、人类表型组、脑与类脑等前沿科学研究方向,加快推进建设李政道研究所、上海交通大学张江科学园等项目。

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。李政道研究所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,李政道研究所科研人员们探索科学的脚步并没有因新年伊始的疫情而停滞:组织一批线上学术报告,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……

本次大师讲坛也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。近日维尔切克在全所大会中提及,疫情期间,自己宅在家中,一部新著作的写作已近尾声,并鼓励全所在此特殊时期静下心来专注于科学研究工作,为李政道研究所的整体发展做出自己的贡献。

上海交通大学大师讲坛创办于2012年4月,已经邀请了包括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互动交流。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。

作者:姜澎
编辑:张鹏
责任编辑:唐闻佳

*文汇独家稿件,转载请注明出处。