幽靈粒子現形記：新理論揭開超導體神秘面紗

日本理化學研究所（RIKEN）的物理學家們提出一項突破性理論方法，透過分析馬約拉納費米子獨特的電磁響應特性，成功破解了這類「幽靈粒子」在拓撲超導體中的行為模式，為量子材料科學開闢嶄新研究途徑。

在極低溫環境下，某些特殊材料中的電子會展現令人驚奇的集體行為。與常態下各自獨立運動不同，這些電子會兩兩配對形成「庫柏對」，如同跳著華爾滋般協調移動。這種奇特的量子現象正是超導體零電阻特性的關鍵所在。

RIKEN凝聚態理論實驗室的矢崎勇樹與新興物質科學中心的小林真悟最新研究指出，在近年才被發現的「拓撲超導體」中，庫柏對會呈現更複雜的對稱結構。這種特殊對稱性會在材料表面形成被稱為「馬約拉納費米子」的量子態，這種粒子最神奇之處在於它本身就是自己的反粒子。

研究團隊發現，在具有時間反轉對稱性的拓撲超導體中，馬約拉納費米子總是成對出現，且會展現方向依賴性的電磁響應特徵。然而在某些特殊材料裡，庫柏對會打破時間反轉對稱性，導致單獨存在的馬約拉納費米子出現。由於這些孤立的粒子不帶電荷，傳統探測手段幾乎對其無效。

為突破這個研究瓶頸，矢崎與小林創新地將「馬約拉納多極響應」概念延伸應用至非時間反轉對稱系統。這項理論突破不僅能間接解析庫柏對的量子特性，更為未來實驗觀測提供具體方向。矢崎強調：「雖然我們已釐清基本電磁特性，但要建立實際檢測技術仍需更多研究驗證。」

這項刊登於《物理評論B》期刊的重要研究，可望加速拓撲量子電腦的研發程序，讓科學家距離操控這種神秘粒子實現量子計算的夢想更近一步。