Colloquium: 核物理、粒子物理与凝聚态物理中的马约拉纳费米子

埃托雷·马约拉纳 (Ettore Majorana, 1906-1938) 于 1938 年在从巴勒莫乘船前往那不勒斯的途中失踪。他的命运从未得到完全解决，已有数篇文章探讨了这一谜团本身。他于前一年发表的开创性工作至今仍令我们着迷，该工作建立了狄拉克方程的对称解，描述了一种是其自身反粒子的费米子。这项工作长期以来对中微子物理学产生了重大影响，其中关于该粒子的这一基本问题仍未得到解答。但他所发展的形式主义已发现许多用途，因为现在有许多候选的自旋 -1/2 中性粒子可能是真正中性的，没有任何量子数能将它们与其反粒子区分开来。如果此类粒子存在，它们将影响核物理和粒子物理的许多领域。最值得注意的是，只有当中微子是有质量的马约拉纳粒子时，无中微子双贝塔衰变过程才可能存在。因此，许多寻找该过程的努力正在进行中。然而，马约拉纳的影响并不止步于粒子物理，尽管那是他最初的考量。他推导出的方程也出现在凝聚态物理中，用于描述具有超导序材料中的电子态。此处特别令人感兴趣的是马约拉纳方程在一维和二维空间维度下精确零能处的解类。这些马约拉纳零模拥有一些显著的物理性质，可能会推动量子计算的进步，事实上，已有证据表明它们已被实验观测到。本综述首先总结了马约拉纳理论的基础及其含义，然后概述了试图在核物理、粒子物理和凝聚态物理中寻找作为自身反粒子的费米子的丰富实验项目。