中科院物理所的科研团队，理论与实验合作，在TaAs晶体中发现了具有“手性”的电子态——外尔费米子。这是外尔费米子1929年被提出以来，第一次真正被人们发现，有望带来一场信息技术革命。虽然这一事件引起国际物理学界的高度关注，但对大多数普通老百姓来说，听到“外尔费米子”这五个字，一定已经是一个头有两个大了，到底这是什么鬼？外尔费米子是个什么鬼？
作者/张轩中外尔费米子这正确的断句方式是这样——外尔//费米/子。其中，外尔与费米都是人的名字。外尔是一个数学家，他是德国人。外尔在学术界是很有名的，在20世纪上半叶，他是数学家希尔伯特的继承人，也是哥廷根数学的代表人物。他个性非常温和，但是做事情有点犹豫不决。1933年他出任哥廷根大学数学研究所所长，但不幸的是当时希特勒上台了——因为他的妻子是犹太人。为了保护他的妻子，他决定跑到美国去。
他写信应聘美国普林斯顿高等研究院教授，后来普林斯顿高等研究院答应给他职位，但外尔一直很犹豫，又不太想去了，这样来回反复了很多次，最后才跑到了美国，在高等研究院与爱因斯坦成了同事。虽然外尔是一个数学家，但他也搞一些物理问题，比如中国著名的物理学家杨振宁搞的规范场论一开始也是外尔首先搞起来的。数学家外尔为什么那么喜欢物理呢？原来这与物理学家薛定谔有关。
薛定谔是量子力学的创始人，早年他与外尔一起在苏黎世大学做教授。但薛定谔比较花心，经常在外面结识妹子，薛定谔的妻子也很不服，于是找了外尔做自己的情人。所以，数学家外尔对薛定谔的那些物理学非常了解。后来，外尔就提出了用数学的方法来全面论述量子力学的理论，这个数学方法就是群论。外尔还写了一本书，就叫做《量子力学与群论》。
在这本书中，外尔提出了一个刻画无质量的二分量旋量的方程——这个方程就是描述外尔费米子的基本方程。费米是意大利物理学家，他年轻的时候整个意大利物理学比较落后，他在物理学上复兴了伽利略时代以来的历史荣耀——费米的其中一个主要贡献就是提出了所谓费米子的观念。所谓费米子，就是自旋为半整数的粒子，一般来说，费米子是组成物质世界的基本粒子。与费米子相对应的概念是波色子，那是一种传递相互作用的粒子。
如果把费米子比喻为男人与女人，那么波色子就是媒人，负责传递感情。（P.S. 费米后来离开意大利到了美国，推动了美国的原子弹工程设计，他是第一个实现可控核反应的物理学家。后来杨振宁去美国留学，一开始也是去寻找费米，想跟费米读博士的。）话说回来，最近中科院物理所研究人员在凝聚态材料中发现零质量的外尔费米子，也是满足那个描述无质量的二分量旋量的数学方程的。
只不过，他们发现的粒子还不是象电子那样的真实的粒子，而是一种类似于声音所对应的波动——物理学上叫做“准粒子”，或者叫做“声子”——反正不是真的粒子啦。外尔费米子与电子一样，是有自旋的。电子是有质量的，它在高速运动的情况下，由狄拉克（dirac）方程所描述，是一个有质量，自旋为1/2的费米子。但是，电子是一个四分量旋量，而外尔费米子是一个二分量旋量，这就是它们之间的区别。
外尔当时的方程其实是一种数学上的看法，在物理上相当于要求假设电子质量取为零，那么狄拉克方程所描述的费米子可以简化为两个独立的分量分别是左手和右手的。这种无质量的左手的或者右手的费米子被叫为外尔费米子。说了半天，那么又引进了一个新概念了，那就是费米子。什么是费米子呢？简单地说，费米子就是自旋为半整数的粒子，与之相对的是自旋为整数的波色子。
费米子是组成我们的物质世界，比如电子就是费米子，而波色子是传递相互作用的，比如光子就是波色子，传递的是电磁相互作用，引力子也是波色子，传递的是万有引力。前面我们已经说了，物理所的研究人员发现的外尔费米子是一种准粒子，它们并不是真正的基本粒子。那么，有没有真正是基本粒子的外尔费米子呢？答案是：如果中微子没有质量，那么中微子就是外尔费米子。
最近高能物理所的科学家得到“科学突破奖”的新闻已经让大家了解到了什么是中微子了吧。中微子几乎是没有质量，非常轻，而且它的自旋是半整数，所以它几乎就是外尔费米子，而且是一种基本粒子。但世界是残酷的——“中微子有那么一点点的很小的质量，所以它不是外尔费米子。”2015年的诺贝尔物理学奖授予【中微子振荡之发现】，这意味着有中微子质量不是零。
既然中微子离真正的“外尔费米子”有那么一点点小小的差距，于是科学家只能去寻找那种“准粒子”了，于是就有了文章一开始写到的这些纷纷扰扰的故事。其实，物理所发现的这个“外尔费米子”，说明了一点——那就是在低能量的物理系统中，也可以激发出一种奇特的“比中微子更像外尔费米子”的现象。这其实是一个了不起的成绩呢。点击“阅读原文”，快速进入《2015科技盛典》微站专区。