Science撤回“天使粒子”論文，曾被視為諾獎(jiǎng)級(jí)發(fā)現(xiàn)，張首晟等4位華人科學(xué)家為通訊作者

羿閣 蕭簫 發(fā)自 凹非寺

量子位 | 公眾號(hào) QbitAI

一項(xiàng)量子計(jì)算領(lǐng)域的重磅研究，被Science撤稿了。

這篇研究首次發(fā)現(xiàn)了“天使粒子”的存在證據(jù)，一度引發(fā)學(xué)界轟動(dòng)。

“天使粒子”即馬約拉納費(fèi)米子，曾被物理學(xué)界視為顛覆量子計(jì)算的理論成果，其發(fā)現(xiàn)對(duì)于實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的量子計(jì)算意義十分重大，一旦被證實(shí)存在將是“諾獎(jiǎng)級(jí)發(fā)現(xiàn)”。

研究論文的通訊作者之一張首晟，也曾被預(yù)測為可能拿諾貝爾獎(jiǎng)的學(xué)者。

隨著這篇“天使粒子”論文的撤稿，這一領(lǐng)域也再次被推上了風(fēng)口浪尖：

但與“天使粒子”論文遭遇的評(píng)價(jià)不同，20名作者中有14名都不同意撤稿。

據(jù)《中國科學(xué)報(bào)》介紹，作者之一加州大學(xué)洛杉磯分校教授王康隆回應(yīng)稱：

撤稿中的相關(guān)說法毫無根據(jù)。

所以，這篇“天使粒子”論文究竟講了什么，被撤稿的的前因后果又是？

“天使粒子”究竟是什么？

根據(jù)量子力學(xué)的定義，物質(zhì)由費(fèi)米子和玻色子兩種基本粒子組成。

費(fèi)米子是構(gòu)成物質(zhì)的原材料（如輕子中的電子、組成質(zhì)子和中子的夸克、中微子）；玻色子是傳遞作用力的粒子（光子、介子、膠子、W和Z玻色子）。

這次被卷入輿論浪潮中的“天使粒子”，便是馬約拉納費(fèi)米子（Majorana fermion）的別名。

馬約拉納費(fèi)米子，是一種假想費(fèi)米子，最早由意大利物理學(xué)家埃托雷?馬約拉納于1937年首次提出。

其獨(dú)特之處在于，這種奇異的基本粒子沒有反粒子，或者說它的反粒子就是它自己。

在凝聚態(tài)物理學(xué)中，馬約拉納費(fèi)米子以準(zhǔn)粒子激發(fā)的形式存在于拓?fù)涑瑢?dǎo)體中，它可以用來形成非阿貝爾統(tǒng)計(jì)的馬約拉納束縛態(tài)。

這也意味著，一旦其被證實(shí)存在，無數(shù)科學(xué)家夢寐以求的拓?fù)淞孔佑?jì)算將成為可能。

據(jù)經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)介紹，對(duì)于馬約拉納費(fèi)米子研究的重要性，上海交通大學(xué)李政道研究所講席教授丁洪曾表示：

馬約拉納費(fèi)米子的存在一旦被證實(shí)，這將是繼發(fā)現(xiàn)“上帝粒子”之后，又一個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)級(jí)的重大發(fā)現(xiàn)。

正是因此，近些年來，該領(lǐng)域的研究一直競爭非常激烈，許多華人科學(xué)家都先后拿出了亮眼的成績。

美國斯坦福大學(xué)教授張首晟于2008年預(yù)言了量子反?；魻栃?yīng)，提出了在磁性摻雜的拓?fù)浣^緣體中實(shí)現(xiàn)量子反常霍爾效應(yīng)的新方向。

在經(jīng)過近4年的研究后，清華大學(xué)薛其坤團(tuán)隊(duì)第一次從實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了該預(yù)言，被楊振寧高度評(píng)價(jià)為“第一次從中國實(shí)驗(yàn)室里發(fā)表出來了諾貝爾物理獎(jiǎng)級(jí)別的論文”。

實(shí)驗(yàn)證實(shí)，調(diào)節(jié)外磁場時(shí)，反常量子霍爾效應(yīng)薄膜會(huì)呈現(xiàn)出“量子平臺(tái)”，也就是說，量子世界里的電阻只能整數(shù)倍地跳臺(tái)階。

隨后，張首晟又進(jìn)一步提出在量子反常霍爾絕緣體與超導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)中的手性馬約拉納費(fèi)米子可以表現(xiàn)為電學(xué)輸運(yùn)測量中的半整數(shù)量子化電導(dǎo)平臺(tái)：

簡單來說，不同于傳統(tǒng)粒子按整數(shù)跳，馬約拉納費(fèi)米子或許是按半整數(shù)跳，也就是“1/2的臺(tái)階”。

這一步隨后也被加州大學(xué)洛杉磯分校王康隆教授在實(shí)驗(yàn)中證實(shí)，并認(rèn)為它是手性馬約拉納費(fèi)米子存在的有力印證。

在上述所有研究的基礎(chǔ)上，這次撤稿事件的主角出場了——

2017年，一篇名為“量子反?；魻柦^緣體-超導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的手性馬約拉納費(fèi)米子模式”的論文刊登在Science上，震驚了全球物理界。

4位通訊作者包括上述提到的張首晟、王康隆，以及何慶林、寇煦豐，均為華人科學(xué)家。

他們在超導(dǎo)-量子反常霍爾平臺(tái)中發(fā)現(xiàn)了具有半個(gè)量子電導(dǎo)的邊緣電流，與理論預(yù)言的手性馬約拉納粒子十分吻合。

這是在霍爾效應(yīng)平臺(tái)系統(tǒng)中第一個(gè)具有確鑿證據(jù)的馬約拉納測量結(jié)果。

張首晟還為手性馬約拉納費(fèi)米子取了一個(gè)通俗名字——“天使粒子”，他本人也被認(rèn)為是“很可能拿到諾獎(jiǎng)的華人”。

在2014年路透社的諾貝爾獎(jiǎng)?lì)A(yù)測中（2014 Reuters Citation Laureate），也確實(shí)出現(xiàn)過張首晟教授的身影。

然而誰也沒想到的后續(xù)是，張首晟本人于一年后的2018年12月意外去世，關(guān)于“天使粒子”存在的質(zhì)疑聲也越來越大。

Nature先撤兩篇證據(jù)，現(xiàn)在Science也撤了

2020年1月在Science上發(fā)表的一篇論文，徹底引爆了學(xué)界對(duì)“天使粒子”的質(zhì)疑聲浪。

論文作者、維爾茨堡大學(xué)Laurens W. Molenkamp教授課題組，先是找“天使粒子”論文作者要來了原始數(shù)據(jù)文件，然而看完后疑惑更強(qiáng)烈了。

為了證明這份數(shù)據(jù)存在問題，來自賓夕法尼亞州立大學(xué)的Cui-Zu Chang教授團(tuán)隊(duì)做了一年多實(shí)驗(yàn)，測試了30多個(gè)樣品，測試結(jié)果均與“天使粒子”論文中給出的這種關(guān)鍵現(xiàn)象完全不同。

這篇質(zhì)疑論文認(rèn)為，測試結(jié)果不太可能用“天使粒子”（即手性馬約拉納費(fèi)米子）理論的物理模型進(jìn)行解釋。

但這篇論文發(fā)表后，Science編輯們并未第一時(shí)間撤回論文。

就在Science猶豫時(shí)，Nature率先傳來了“天使粒子”相關(guān)論文撤稿的消息。

2020年4月，Nature對(duì)一篇名為Quantized Majorana conductance的論文表達(dá)了“編輯關(guān)注”。

這篇被微軟贊助的Nature論文聲稱，在納米線發(fā)現(xiàn)了被稱為“天使粒子”的馬約拉納費(fèi)米子（Majorana Fermion）存在的有力證據(jù)。

然而來自匹茲堡大學(xué)的Sergey Frolov和于利希研究中心的Vincent Mourik，在看過原始數(shù)據(jù)后，對(duì)論文提出了質(zhì)疑。

兩位學(xué)者的本職工作都與拓?fù)淞孔佑?jì)算領(lǐng)域相關(guān)，而馬約拉納費(fèi)米子正是這一領(lǐng)域的理論成果。

他們發(fā)現(xiàn)，論文數(shù)據(jù)中存在明顯人為剪輯的數(shù)據(jù)，對(duì)此Nature論文作者回應(yīng)稱“是為了美觀”。

2021年3月8日，這篇文章終于被撤稿。在發(fā)布的撤稿聲明中，團(tuán)隊(duì)承認(rèn)了之前對(duì)原論文中的電荷跳躍相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了“不必要的修正”。

在越來越大的輿論聲浪下，Science也坐不住了。

2021年12月7日，Science編輯對(duì)“天使粒子”論文表達(dá)了“編輯關(guān)注”，并提醒讀者們注意論文數(shù)據(jù)的情況。

2022年4月，就在Science進(jìn)行調(diào)查期間，傳來了另一篇Nature“天使粒子”相關(guān)論文被撤的消息。

這篇名為Epitaxy of advanced nanowire quantum devices的論文是作者團(tuán)隊(duì)一致主動(dòng)要求撤稿的，理由同樣是“不適當(dāng)刪改數(shù)據(jù)”：

在自查時(shí)原始數(shù)據(jù)時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)了最終發(fā)布版本中有些數(shù)據(jù)被不適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行了刪改或裁剪，因此我們收回這篇文章。

一連兩篇Nature論文被撤，Science編輯終于坐不住了。

2022年11月18日，正式傳來了“天使粒子”論文被撤稿的消息，從頁面來看，目前這篇文章已經(jīng)被引用424次。

對(duì)此，Science編輯部給出的理由是：

我們在征求了一些專家的意見之后，做出了這個(gè)最終決定，這些專家都簽署了保密協(xié)議。

經(jīng)過仔細(xì)和詳盡的審議，編輯們認(rèn)為，作者們沒有對(duì)被要求提供的原始數(shù)據(jù)中不合規(guī)范之處做出科學(xué)合理的解釋。

這次論文被撤稿，相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)者如何看待？拓?fù)淞孔佑?jì)算領(lǐng)域?qū)＜襍ergey Frolov和Vincent Mourik表示：

馬約拉納費(fèi)米子這一領(lǐng)域非常復(fù)雜，它需要跨學(xué)科的物理專業(yè)知識(shí)，也更容易受到不可靠論據(jù)的影響，因?yàn)闆]有多少專家能充分評(píng)估實(shí)驗(yàn)結(jié)果。我們也擔(dān)心論文撤稿會(huì)給這一研究領(lǐng)域帶來影響。

但我們?nèi)匀幌嘈篷R約拉納費(fèi)米子有未來。

參考鏈接：
[1]https://www.science.org/doi/10.1126/science.aag2792
[2]https://www.nature.com/articles/s41586-022-04704-2#ref-CR1
[3]https://retractionwatch.com/2022/11/17/another-majorana-particle-paper-retracted-this-time-from-science/
[4]https://www.nature.com/articles/nature23468
[5]https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2022/11/489668.shtm
[6]http://stdaily.com/guoji/luntan/2018-08/23/content_703396.shtml