足以改變世界的5種幽靈粒子

電子過來，希格玻色子靠邊。物理標準模型的粒子家族成員從來不缺乏存在感。但是還有一類同樣重要的粒子卻很少受到關注。

這是可以理解的，因為雖然「准粒子」同樣具有可量度的空間坐標參數和動量值，但它卻不是真實存在的。

准粒子只存在於固體中，但它的獨特物理性質卻足以變革現代科技。

聲子（Phonon）：電動牛仔

2013年，歐洲核子研究組織（CERN）利用大型強子對撞機（LHC）發現了希格玻色子。其中的首要功臣當屬聲子。

在常溫下，聲子是固體內部原子的集體震蕩效應。但是在極低溫度下，聲子則化身牛仔，在固體內驅趕著「電子」組成的「羊群」，確保它們幾乎無阻礙地移動。這就是低溫超導的原理，LHC就是利用超導磁鐵所產生的巨大電磁場來馴服質子的。在核磁共振掃描儀中，超導磁鐵則成了藝術指導，指揮人體組織內的氧原子來跳一場微觀之舞，發射出可被用於成像的信息。

在正在興起的熱電材料中，聲子同樣扮演重要角色。熱電材料可以將熱能轉化為電能，肩負著將汽車引擎廢棄熱能再利用的重要使命。

磁振子（Magnon）：自旋之王

想像有一台電腦，你一按開關它就會精確地回到你上次關機時的狀態。磁振子即是如此，自旋波發生轉變時磁振子即出現。這是原子的一種量子力學特性，也是磁性的起源。

普通的電腦和智能手機存儲信息需要電力，沒有電源信息則無從獲取。而如果用了磁振子，那麼信息存儲將完全依靠磁場，無需電力。

這就是所謂的自旋電子學（Spintronics）。這種方法的優勢在於它對電力的依賴性很小。這樣晶元就布置地更緊湊而有不至於過熱，完全克服了晶體管晶元無法進一步縮小體積的瓶頸。如果用電磁波來控制磁振子，則可以完全擺脫電力的束縛。

激子（Exciton）：植物的秘密武器

地球一個小時內從太陽獲取的能量要比全人類一年所消耗的能量還要多。植物扮演了能量捕手的角色，而激子則是植物的秘密武器。

植物葉片中含有捕光蛋白。捕光蛋白內的電子吸收光子獲得能量會被激發，留下一個空穴。電子與空穴在空間上束縛在一起形成激子，激子隨後遊盪在植物的整條光合作用生產線上。當激子到達特定位置，電子跟空穴重組並釋放出能量。植物利用這些能量將水分解為氫和氧氣，這是植物合成糖分的關鍵步驟。

光合作用是地球生命的根源，人類一直期待可以利用照光合作用來製造太陽能電池。2013年，麻省理工學院的研究人員找到了直接給激子「拍照」的方法，這無疑朝著這個目標跨出了重要的一步。

馬約拉納費米子（Majorana）：量子英雄

如果你想擁有一台真正的多進程電腦，量子計算機才是首選。仍在研究之中的量子計算機利用了微妙而具有不確定性的量子態，可以同時給出同一個問題的多個解。只要外界環境不去干擾量子計算機「施法」，它就可以穩定運行。

馬約拉納准粒子可以作為量子數運算的「量子比特」使量子計算機更強大。馬約拉納准粒子是一種沒有質量的電子，總是成對出現。每個粒子都可以提取出整體的全部信息，所以理論上馬約拉納量子比特對外界噪音有更強的耐受性。但據荷蘭QuTech的阿提拉·蓋賴什迪（Attila Geresdi）的介紹，這些量子比特是存在於巨大的電子干擾背景下，想要把馬約拉納准粒子的信息提取出來是很棘手的。

外爾費米子（Weyl fermion）：雙面電子

外爾費米子（Weyl fermions）是電子羞澀的表親。早在80年前，科學家們就通過數學預測了它的存在。

外爾費米子具有兩個重要特性：沒有質量和手性對稱。前者意味著外爾費米子可以很高的速度移動，後者意味著它出現時總帶著和它手性對稱的小夥伴。

外爾費米子對於與其手性不符的干擾具有極高的抵抗能力，這就意味著外爾費米子很難被散射，同時兩束不同的外爾費米子流可以靠得很近卻不發生相互作用。有人提出基於此原理可以做出比自旋電子學運算能力更可靠更優秀的計算機。

但由於外爾費米子的母體材料最近才發明，所以「外爾電子學（Weyltronics）」時代的到來還是很遙遠的事。

來源：Five particles that don"t exist