國際物理學十大年度突破公布，中國科研成果入選

英國物理學會主辦的《物理世界》（Physics World）今天公布“2015年十大突破”，中科院物理所研究團隊的“外爾費米子研究”入選其中。

1929年，德國科學家外爾提出存在一種無質(zhì)量、可分為左旋和右旋兩種不同“手性”的電子，這種電子被稱為“外爾費米子”。但是80多年來，科學家們一直沒能找到合適的材料，在實驗中觀測到外爾費米子的存在。中科院物理所方忠團隊預言了在TaAs等材料體系中可實現(xiàn)兩種“手性”電子的分離，并且這一系列材料更利于實驗測量驗證。隨后，國內(nèi)外多個研究組開始了競賽般的實驗驗證工作。2015年年初，物理所實驗團隊成功在TaAs晶體中發(fā)現(xiàn)了這類特殊的電子，外爾費米子終于第一次展現(xiàn)在科學家面前。

外爾費米子作為一種無質(zhì)量且具有“手性”的電子，未來可能將在量子計算機、低能耗器件等方面有重要應用。

手性一詞指一個物體與其鏡像不重合。如我們的雙手，左手通常與互成鏡像的右手不重合。

手性廣泛的存在于自然界中，在多種學科中表示一種重要的對稱特點。如果某物體與其鏡像不同，則其被稱為“手性的”，且其鏡像是不能與原物體重合的，就如同左手和右手互為鏡像而無法疊合。手性物體與其鏡像被稱為對映體（enantiomorph，希臘語意為“相對/相反形式”）；在有關(guān)分子概念的引用中也被稱為對映異構(gòu)體。可與其鏡像疊合的物體被稱為非手性的（achiral），有時也稱為雙向的（amphichiral）。

在手性藥物未被人們認識以前，歐洲一些醫(yī)生曾給孕婦服用沒有經(jīng)過拆分的消旋體藥物作為鎮(zhèn)痛藥或止咳藥，很多孕婦服用后，生出了無頭或缺腿的先天畸形兒，有的胎兒沒有胳膊，手長在肩膀上，模樣非常恐怖。僅僅4年時間，世界范圍內(nèi)誕生了1.2萬多名畸形的“海豹嬰兒”。這就是被稱為“反應停”的慘劇。后來經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，反應停的R體有鎮(zhèn)靜作用，但是S-對映體對胚胎有很強的致畸作用。

正是有了60年代的這個教訓，所以藥物在研制成功后，都要經(jīng)過嚴格的生物活性和毒性試驗，以避免其中所含的另一種手性分子對人體的危害。

在化學合成中，這兩種分子出現(xiàn)的比例是相等的，所以對于醫(yī)藥公司來說，他們每生產(chǎn)一公斤藥物，還要費盡周折，把另一半分離出來。如果無法為它們找到使用價值的話，它們就只能是廢物。在環(huán)境保護法規(guī)日益嚴厲的時代，這些廢品也不能被隨意處置，考慮到可能對公眾健康產(chǎn)生的危害，這些工業(yè)垃圾的處理也是一筆不小的開支。

因此，醫(yī)藥公司急切地尋找一種方法來解決這個問題，比如，他想要左旋分子，那么他就得想辦法把另一半右旋分子轉(zhuǎn)化成左旋分子。如今，這個令人頭痛的問題已經(jīng)得到了解決。科學家用一種叫做“不對稱催化合成”的方法解決了這一問題。這個方法可以廣泛地應用于制藥、香精和甜味劑等化學行業(yè)，給工業(yè)生產(chǎn)一下子帶來了巨大的好處，這項研究也獲得了2001年度的諾貝爾化學獎。毫無疑問，這個成果具有重要意義。

對手性的研究，在造就工業(yè)奇跡的同時，也啟發(fā)了我們對地球生命，甚至宇宙起源的重新認識。

我們知道，在自然界的各個方面，尤其是物理和化學中，都廣泛地存在著許多對稱的概念：帶負電的電子與帶正電的反電子，磁場的南極和北極，以及化學中的分解和化合反應。就連遙遠的河外星系也存在著正旋和逆旋的旋渦結(jié)構(gòu)。科學家們不禁感到疑惑：這是否在提示我們在宇宙中存在著一種奇特的普適性的對稱規(guī)律？

地球上沒有右旋氨基酸生命，但是，按照手性的原則，它們確實是可能存在的，甚至，有智慧的右旋氨基酸生命也是存在的。
如果真是這樣的話，他們又有些什么跟我們不一樣的特性呢？左旋氨基酸組成的我們習慣于使用右手，右旋氨基酸組成的他們是不是習慣于使用左手呢？他們的思維是不是會采取另一種與我們相對映的方式呢？這種對映的規(guī)則又是什么呢？

假如有一天你遇見了外星人，為了表示作為地球人的友好態(tài)度，你打算請他回家喝一杯，在干杯之前，你一定要記得問問他們的氨基酸是右手性還是左手性的。如果是左手性的那就可以快樂的干杯。如果是右手性的，你可就得費點事——麻煩你去拿瓶右手性的啤酒！（注意：乙醇是沒有手性的，但啤酒除了乙醇以外還有其他成分。）