图片：幽灵粒子
2011年，作家莫言凭借作品独特的魔幻现实主义风格，获得诺贝尔文学奖；2015年，药学家屠呦呦凭借对青蒿素的发现，获得了诺贝尔生理学或医学奖。短短几年内，中国人两度登上代表了世界最高水平的文学与科学领奖台，国人在激动的同时，禁不住猜想：中国人下一次获得诺贝尔奖会在哪个领域，会是谁？
而今年以来，在国际自然科学方面能够引起轰动的，当属中国科学院物理研究所科学家们对人类寻找了86年的“幽灵粒子”的发现了。
什么是幽灵粒子
手性
幽灵粒子，也叫外尔费米子，是由德国数学家、物理学家威尔曼·外尔（Hermann Weyl）在1929年预言的。威尔曼·外尔认为，无“质量”（即线性色散）电子可以分为左旋和右旋两种不同“手性”（手性，是指两物体互成镜像，但不能重合，就像人的双手一样）。这种无“质量”的电子被命名为“外尔费米子”。
威尔曼外尔像
狄拉克方程
1928年，英国理论物理学家、量子力学奠基者之一，保罗·狄拉克建立描述相对论电子态的狄拉克方程；1929年，外尔指出，狄拉克方程质量为零的解描述的是一对重叠在一起的具有相反手性的新粒子，这就是“外尔费米子”。
根据自旋倍数的不同，科学家们把基本粒子分为玻色子和费米子两大类。玻色子，是像光子一样的粒子，有整数自旋；费米子，是像电子一样的粒子，有半整数自旋。关于费米子，科学家们认为，存在狄拉克、马约拉纳和外尔三种。
之所以把“外尔费米子”称为“幽灵粒子”，是因为它的“手性”属性使得它与其它对称属性的费米子不同，一旦两者相遇便会湮灭，因此很难寻找。所以，一直以来，科学家们始终无法在实验中观测到这种粒子。
幽灵粒子的意义
一直以来，发热、高能耗，是制约电子产品发展的瓶颈。
北京凝聚态物理国家实验室研究员方忠介绍说，现在的电子产品在使用时发热，这是因为电子运动时发生摩擦和碰撞，从而大量消耗能量；外尔费米子的发现，可以建立“电子高速公路”，让电子们确立“电子运动规则”，这样，物质中的电子们就会减少甚至不发摩擦和碰撞，大大减少能耗。即使传说中的“手机一年充一次电”不能实现，也会从根本上改变现状。如果外尔费米子被发现，高主频、低能耗的电子产品和高灵敏、低能耗的传感器都将产生。
简而言之，外尔费米子能实现低能耗电子传输，有望解决当前电子器件小型化和多功能化所面临的能耗问题。同时用来实现高容错的拓扑量子计算，制造比现在的超级计算机运行速度更快的量子计算机。
专家预言，外尔费米子发现的作用，远远不只用于降底电子产品的能耗，这种特殊属性费米子被发现，终将会带给我们目前难以想象的改变。正如电的发现给人带来光明，量子理论的发现把人类带入信息时代，外尔费米子的发现又将我们带于怎样一个时代，让人充满遐想。
中国科学家首先预言并发现
TaAs结构图
weyl附近图
近年来，拓扑绝缘体尤其是拓扑半金属领域的飞速发展，为外尔费米子的产生和观测提供了新思路。
2012年和2013年，中科院物理所的理论研究团队预言在狄拉克半金属中或许可以发现无“质量”的电子。2014年12月31日，翁红明、戴希、方忠通过理论计算第一次预言TaAs, TaP, NbAs和NbP等打破中心对称的家族材料属于外尔半金属。他们的这一发现率先在arXiv网站对全世界公开，立即受到热切关注，国际上多个研究组开始了竞赛般的实验验证工作。2015年7月，中科院物理所的陈根富小组制备出具有原子级平整表面的大块钽砷（TaAs）晶体，随后该研究所的丁洪小组利用上海光源“梦之线”的同步辐射光束照射（TaAs）晶体，使得外尔费米子第一次展现在科学家面前。此时，距外尔预言外尔费米子已经过去了86年。
“首次发现权”之谜
试验中的费米弧
1、arXiv网上五天内的三篇文章
2015年2月，短短5天的时间里，arXiv网站就连续出现了3篇有关“发现外尔粒子”的实验文章：2月11日，麻省理工团队率先贴出文章，宣布发现外尔玻色子；2月12日，普林斯顿团队贴出文章，宣布发现外尔费米子；2月16日，中科院团队也贴出文章，宣布发现外尔费米子。
2、三篇论文两种结果
麻省理工学院团队、普林斯顿团队于2月15日将自己的文章正式投给《科学》杂志，中科院团队也于2月17日向《科学》杂志投稿。7月16日，《科学》在线发表了麻省理工学院团队和普林斯顿团队的研究成果，而中科院团队的论文在6月17日遭遇拒稿处理。
据中科院物理所相关专家称，目前该论文在未作修改的情况下被在物理学界极具影响力的《物理评论X》杂志正式发表。随后，丁洪研究小组又观测到TaAs中的外尔点及其附近的四维外尔锥，这是外尔半金属的另一个根本特性，该研究成果也即将在国际知名刊物上发表。
3、第三方声音
7月16日，英国皇家化学协会网站报道说：“有两个国际研究组声称发现了电子学的基本建筑单元——外尔费米子。”这两个国际研究组，正是普林斯顿团队和中科院物理所。英国皇家化学协会完全独立于中科院物理所、普林斯顿大学以及麻省理工学院。
4、相关事实
2014年11月24日普林斯顿团队向《自然通讯》杂志提交了一篇文章，对非磁性材料进行理论预测，但没有在arXiv网站上公开贴出来。
2014年12月31日率先在arXiv网站上公开预言在TaAs、TaP、NbAs和NbP这四种非磁性材料上可以发现“外尔费米子”。这一系列材料能自然合成，无需进行掺杂等细致繁复的调控，更利于实验发现。
中科院团队成员翁红明表示：“哈桑小组在这篇文章（指向《自然》提交的那篇论文）中使用了我参与开发的计算软件包，并引用了以我为第一作者于2009年发表的一篇文章。”哈桑回应称，“我们研究使用的是公开免费的软件（使用开源代码，对任何人开放）。我们的工作是基于我们早期出版的关于拓扑绝缘体的论文，最早可追溯到2008年，在《自然》杂志和《科学》杂志上都可以找到。当然，我们的论文引用了很多研究团队的多篇论文，但是没有一篇发现了外尔费米子。”
如何在基础科学领域占得先机
针对如何在基础科学研究领域取得成就并占得先机，中科院院士于禄和项目团队副研究员钱天谈了各自的看法。
首先要设备和人才。物理是实验科学，一切理论都要实验测量来验证。在过去，要靠租用国外先进的实验室来验证高尖端物理科学理论，未开始便失去先机；现在，这种情况有了改变，北京凝聚态国家物理实验室拥有国际上最先进的光电实验系统。人才上，拥有方忠、翁红明、戴希等处于学术前沿的科学家。
其次是合作群体。在外尔费米子的发现中，方忠小组的公式推理与计算、陈富根小组的晶体制备、丁洪小组观测验证都做出了巨大的贡献。
此外还要有自己优秀的学术期刊。副研究员钱天认为，一个国家只有拥有了高水平的学术期刊，学术成果的发表便会不再受制于人。
“幽灵粒子”的发现，使80多年前的科学设想成为现实，尽管它从被发现到用于生活实际可能还有个较长的过程，但也给了人们对美好生活更多的憧憬。