張首晟。趙永新攝

諾貝爾獎獲得者Frank Wilczek評價這項工作時說：張首晟與團隊設計了全新的體系，并在實驗中清晰地測量到馬約拉那費米子，這真是一項里程碑的工作。

國際同行指出：發現馬約拉那費米子是繼發現“上帝”粒子(希格斯波色子)、中微子、引力子之后的又一里程碑發現，不僅具有重大的理論意義，而且具有重要的潛在應用價值：讓量子計算成為現實。

“神秘的正反同體粒子，讓我們等了80年”

在物理學領域，構成物質的最小、最基本的單位被稱為“基本粒子”。它們是在不改變物質屬性前提下的最小體積物質，也是組成各種各樣物體的基礎。基本粒子又分為兩種：費米子和玻色子，分別以美國物理學家費米和印度物理學家玻色的名字命名。

東方西方哲學家都認為，人類似乎生活在一個充滿正反對立的世界：有正數必有負數，有存款必有負債，有陰必有陽，有善必有惡，有天使必有惡魔。 1928年，偉大的理論物理學家狄拉克(Dirac)作出驚人的預言：宇宙中每一個基本費米粒子必然有相對應的反粒子。根據愛因斯坦E = mc2的質能公式，當一個費米子遇上它的反粒子，它們會相互湮滅，從而使兩個粒子的質量消失并轉化為能量。

從此以后，宇宙中有粒子必有其反粒子被認為是絕對真理。然而，會不會存在一類沒有反粒子的粒子，或者說正反同體的粒子？1937年，意大利理論物理學家埃托雷·馬約拉那(Ettore Majorana)在他的論文中猜測有這樣神奇的粒子存在，即我們今天所稱的馬約拉那費米子。不幸的是，他本人做出這一猜測后在一次乘船旅行中神秘失蹤。自此以后，尋找這一神奇粒子成為了物理學家門夢寐以求的探索目標。

科學家們認為，在粒子物理中，標準模型范疇之外的中微子可能是馬約拉那費米子。而要驗證這一猜想，需要進行無中微子的beta雙衰變實驗。可惜的是，這項實驗所要求的精度在今后的10年到20年以內都難以達到。

張首晟把突破口轉向凝聚態物理。從2010年到2015年，張首晟團隊連續發表三篇論文，精準預言了實現馬約拉那費米子的體系及用以驗證的實驗方案。來自加利福尼亞大學洛杉磯分校和加利福尼亞大學歐文分校的兩個實驗團隊依照張首晟的理論預測，成功發現了手性馬約拉那費米子，為持續了整整80年的科學探索畫上了圓滿的句號。

張首晟將這一新發現的手性馬約拉那費米子命名為“天使粒子”，這個名字來源于丹·布朗的小說及其電影《天使與魔鬼》。“這部作品描述了正反粒子湮滅爆炸的場景。過去我們認為有粒子必有其反粒子，正如有天使必有魔鬼。但今天，我們找到了一個沒有反粒子的粒子，一個只有天使，沒有魔鬼的完美世界。”張首晟說。