2018年12月1日,物理学家张首晟去世了。杨振宁曾说,“他获得诺贝尔奖只是时间问题。”张首晟教授在1978年刚刚恢复高考的时候,以15岁的年龄考入了复旦大学物理系,可谓少年天才。在复旦大学学习两年之后,就被选派到德国留学,1983年从柏林自由大学毕业后,到了美国纽约石溪大学的“杨振宁理论物理研究所”攻读博士学位。
张首晟于1987年拿到博士学位,之后的学术生涯一帆风顺,在加州大学圣芭芭拉分校理论物理研究所和IBM研究中心做了两期博士后以后,1993年成为斯坦福大学的助理教授,2004年正式称为斯坦福大学终身正教授。这期间他最著名的成果是高温超导的SO(5)对称性理论。
张首晟老师的研究领域是理论凝聚态物理。凝聚态物理学是现代物理学最大的分支,占了物理从业人数的半壁江山。
凝聚态物理学以量子力学为基本原理,研究固体、液体等由原子紧密聚集而成的状态,以及状态之间的相变,其核心内容是研究电子在各种由原子组成的周期势阱中产生的量子效应。到了21世纪,凝聚态物理学又产生了两大热点,一个是铁基超导,另一个是拓扑绝缘体,而张首晟领导的团队就是理论预言出拓扑绝缘体和其量子自旋霍尔效应的两个小组之一,并且和德国的实验团队合作第一次观察到了这个效应。
也正是因为这个成果,张首晟成为了这一代华人物理学家中离诺贝尔奖最近的一位。当然由于Charles Kane和Eugene Mele做出这方面的理论预言要更早一年,张首晟的顺位排在了二人之后。因为这项工作,张首晟、Kane和Mele一起几乎拿遍了除诺贝尔物理学奖之外的各种理论物理奖。
“天使粒子”是张首晟团队的另一个发现,但只能屈居第二,因为它是建立在发现拓扑绝缘体的基础上的。所谓天使粒子并不是简单地指Majorana费米子,而是特指手征性的Majorana费米子,是一种只有在凝聚态体系中才能演生出来的准粒子。张首晟团队做出了一系列理论预言并和实验团队合作第一次确认了其存在。