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晶體中發現了這類特殊的電子，外爾費米子終于第一次展現在科學家面前。

外爾費米子作為一種無質量且具有“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”）；在有關分子概念的引用中也被稱為對映異構體。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，歐洲一些醫生曾給孕婦服用沒有經過拆分的消旋體藥物作為鎮痛藥或止咳藥，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。后來經過研究發現，反應停的R體有鎮靜作用，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，這兩種分子出現的比例是相等的，所以對于醫藥公司來說，他們每生產一公斤藥物，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。在環境保護法規日益嚴厲的時代，這些廢品也不能被隨意處置，考慮到可能對公眾健康產生的危害，這些工業垃圾的處理也是一筆不小的開支。

因此，醫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化成左旋分子。如今，這個令人頭痛的問題已經得到了解決。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，給工業生產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，在造就工業奇跡的同時，也啟發了我們對地球生命，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構。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。）