國(guó)際物理學(xué)十大年度突破公布，中國(guó)科研成果入選

英國(guó)物理學(xué)會(huì)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(tuán)隊(duì)的“外爾費(fèi)米子研究”入選其中。

1929年，德國(guó)科學(xué)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(fèi)米子”。但是80多年來，科學(xué)家們一直沒能找到合適的材料，在實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)到外爾費(fèi)米子的存在。中科院物理所方忠團(tuán)隊(duì)預(yù)言了在TaAs等材料體系中可實(shí)現(xiàn)兩種“手性”電子的分離，并且這一系列材料更利于實(shí)驗(yàn)測(cè)量驗(yàn)證。隨后，國(guó)內(nèi)外多個(gè)研究組開始了競(jìng)賽般的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證工作。2015年年初，物理所實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)成功在TaAs晶體中發(fā)現(xiàn)了這類特殊的電子，外爾費(fèi)米子終于第一次展現(xiàn)在科學(xué)家面前。

外爾費(fèi)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(jì)算機(jī)、低能耗器件等方面有重要應(yīng)用。

手性一詞指一個(gè)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(xué)科中表示一種重要的對(duì)稱特點(diǎn)。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(duì)映體（enantiomorph，希臘語(yǔ)意為“相對(duì)/相反形式”）；在有關(guān)分子概念的引用中也被稱為對(duì)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(shí)也稱為雙向的（amphichiral）。

在手性藥物未被人們認(rèn)識(shí)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(zhǎng)在肩膀上，模樣非常恐怖。僅僅4年時(shí)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(yīng)停”的慘劇。后來經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)停的R體有鎮(zhèn)靜作用，但是S-對(duì)映體對(duì)胚胎有很強(qiáng)的致畸作用。

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

在化學(xué)合成中，這兩種分子出現(xiàn)的比例是相等的，所以對(duì)于醫(yī)藥公司來說，他們每生產(chǎn)一公斤藥物，還要費(fèi)盡周折，把另一半分離出來。如果無法為它們找到使用價(jià)值的話，它們就只能是廢物。在環(huán)境保護(hù)法規(guī)日益嚴(yán)厲的時(shí)代，這些廢品也不能被隨意處置，考慮到可能對(duì)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(gè)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(gè)令人頭痛的問題已經(jīng)得到了解決。科學(xué)家用一種叫做“不對(duì)稱催化合成”的方法解決了這一問題。這個(gè)方法可以廣泛地應(yīng)用于制藥、香精和甜味劑等化學(xué)行業(yè)，給工業(yè)生產(chǎn)一下子帶來了巨大的好處，這項(xiàng)研究也獲得了2001年度的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。毫無疑問，這個(gè)成果具有重要意義。

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

我們知道，在自然界的各個(gè)方面，尤其是物理和化學(xué)中，都廣泛地存在著許多對(duì)稱的概念：帶負(fù)電的電子與帶正電的反電子，磁場(chǎng)的南極和北極，以及化學(xué)中的分解和化合反應(yīng)。就連遙遠(yuǎn)的河外星系也存在著正旋和逆旋的旋渦結(jié)構(gòu)。科學(xué)家們不禁感到疑惑：這是否在提示我們?cè)谟钪嬷写嬖谥�一種奇特的普適性的對(duì)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(shí)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(xí)慣于使用右手，右旋氨基酸組成的他們是不是習(xí)慣于使用左手呢？他們的思維是不是會(huì)采取另一種與我們相對(duì)映的方式呢？這種對(duì)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(qǐng)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(fèi)點(diǎn)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。）