两项研究入选2015国际物理学十大突破 我国物理学单点已突进

首次观测到具有“手性”的电子，但远未走到实际应用

方忠的办公室布置得很简单：一张书桌，一个书柜，一排沙发，最引人注目的是墙上一面写满了公式和推导过程的黑板。“这里面也有外尔费米子研究的相关内容”，方忠说，“当初建物理所大楼时征求意见，我说展板可以少一些，但黑板一定要到处都有，让研究者能随时随地把灵感记录下来。”

什么是外尔费米子？这项研究到底关于什么？方忠说，这得从对称性讲起。

我们生活的世界充满对称性，微观世界的基本粒子也不例外。对称中有一种叫手性对称，通俗地讲，左手和右手不一样，但相向而对可以重叠，左手性和右手性是两种不同的而又对称的状态。分子结构也有手性，左手旋和右手旋的分子可以具有完全不同的功能。那么微观世界的粒子是否也有手性呢？

方忠介绍，组成世界的粒子有两种，一种是费米子，存在于实物世界，一种是玻色子，传递相互作用，比如电磁波。电子就是一种费米子。一直以来，科学家认为电子无法区分手性，这导致电子产生有效质量。因此，日常生活中的电子都是有质量的。“这就好比一个大市场，人在里面运动时遇到障碍物会拐弯，消耗能量，电子就像市场里的人，消耗能量产生了电阻。假如能设计出一种方式，把左手性和右手性的电子分开，相当于给市场里的人设计了一条高速公路，碰撞的可能性会低很多。”

1929年，德国科学家赫尔曼·外尔提出，电子可以分左右手性，但80多年来一直无人观测到。如何分开电子？“我们的团队找到了一种材料印证外尔的论述，相当于第一次观测到左手性和右手性的电子能够分开。”方忠说，“这是基础物理研究领域的进步。”

研究的过程并不一帆风顺，最难的是找到合适的材料实现电子手性的分离。“世界上的材料成千上万，找到合适的材料就好像大海捞针，首先需要定位在哪里捞，这样能缩小范围，成功概率也会大很多，定位需要长期的积累与探索。”方忠说。

他们的研究引来了很多媒体关注，不少文章称，未来这项技术的应用能够让智能手机实现一年只充一次电。对这种解读，方忠并不赞同。他认为，这项研究还只是基础领域的探索，最关键的是丰富了知识，远未到达实际应用的一步，“我们也尚未考虑实际应用，研究的重要性可能体现在很多年以后。如果真的要有预期，就是未来可能用来实现低能耗的电子器件，当然这是我们美好的憧憬。”