《物理評論》125周年推出49篇精選論文，中科院物理所這篇成為國內唯一上榜論文

任何一個對物理學前沿有所了解的人都知道 Physical Review（《物理評論》）系列的期刊在物理學發展中的地位，尤其是 Physical Review Letter，簡稱 PRL，則更是很多物理人的夢想。而這個系列期刊的歷史則可追溯至 1893 年，那年美國物理學家 Edward Nichols 在康奈爾大學創辦了 Physical Review 期刊，主要發表物理學所有領域的獨創研究和科學綜述。1913 年時美國物理學會（APS）接管了 Physical Review 期刊，以後它就逐漸成為物理學史上舉足輕重的科學期刊。2018 年是Physical Review 系列期刊的鼻祖 Physical Review 期刊創刊 125 周年，美國物理學會為了紀念這一里程碑，從 Physical Review 系列期刊的論文歷史中選出了 49 篇對物理學有重大意義的論文，和 APS 歷史上有意義的事件一起列出了一個時間表，回顧整個物理學史上很多意義非凡的時刻。

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2015 年中科院物理所團隊在固體中發現外爾費米子的工作入選了這 49 篇經典論文，也是國內唯一 1 篇入選文章。收錄的這 49 篇經典論文里，大多數成果都已經獲得諾貝爾獎，下面我們一起簡單回顧一下物理學史上一些重要的時刻。（點擊此處查看完整時間表）

1913年，密立根油滴實驗測定電子電荷，密立根創造性地提出油滴實驗測定電子電荷的大小，用在電場和重力場中運動的帶電油滴進行實驗，發現所有油滴所帶的電量均是某一最小電荷的整數倍，該最小電荷值就是電子電荷，並因此獲得1923年的諾貝爾物理學獎。

1923 年，康普頓以《X射線受輕元素散射的量子理論》為題發表在 Physical Review 上的一篇文章提出了被稱為康普頓散射的現象，展示了光的粒子特性，因此獲得 1927 年諾貝爾物理學獎。

1933 年，安德森發現正電子，開闢了反物質的研究領域，證實了狄拉克的理論預言，並因此獲得 1936 年的諾貝爾物理學獎。

1935 年，愛因斯坦、波多爾斯基和羅森提出一個佯謬來論證量子力學的不完備性，即著名的 EPR 佯謬，但實驗中證實了量子力學的正確性，並導致了量子信息學的誕生。

1954 年，楊振寧和米爾斯提出非阿貝爾規範場論，即楊-米爾斯理論，為標準模型的創建打下基礎。

1956 年，宇稱不守恆被證實，楊振寧和李政道因此獲得 1957 年的諾貝爾物理學獎。

1957 年，巴丁、庫珀和施里弗提出 BCS 理論解釋了近 50 年懸而未決的超導現象，並因此獲得 1972 年諾貝爾物理學獎。

1964 年，Hohenberger， Kohn 和 Sham 提出了密度泛函理論，是如今非常重要的計算模擬方法，Kohn 因此獲得 1998 年諾貝爾化學獎。

1964 年，Englert 和 Higgs 預言了現在稱為「上帝粒子」的 Higgs 玻色子，解釋了質量的起源，2013 年 Higgs 獲得諾貝爾物理學獎。

1971 年威爾遜提出重整化群理論，如今已經是理論物理中重要的理論工具，並因而獲得了 1982 年的諾貝爾物理獎。

1972 年，He-3 超流被發現，三人因此獲得 1996 年諾貝爾獎。

1977 年，Thouless 等人提出了拓撲相和拓撲相變的概念，並因此獲得 2016 年諾貝爾物理學獎。

1980 年，量子霍爾效應被發現，馮·克利青因此獲得 1985 年諾貝爾物理學獎。

1984 年，准晶被發現，謝赫特曼因此獲得 2011 年諾貝爾化學獎。

1985 年，朱棣文等人發明了激光冷卻原子技術，並獲得 1997 年諾貝爾物理學獎。

1987 年，朱經武等人發現釔鋇銅氧（YBCO）超導體具有 93K 的超導轉變溫度。

1988 年，Fert 和 Grünberg 獨立發現巨磁阻效應，並獲得 2007 年諾貝爾物理學獎。

2007 年，傅亮和 Kane 發表理論文章預言三維拓撲絕緣體的存在。

2016 年，LIGO 發現引力波，並因此獲得 2017 年諾貝爾物理學獎。

2015 年，中科院物理所團隊在固體中發現外爾費米子。

我們來回顧一下 Weyl 費米子發現的經過。1928 年，狄拉克提出了描述相對論電子態的狄拉克方程。1929 年，德國科學家外爾（Hermann Weyl）指出，當質量為零時，狄拉克方程描述的是一對重疊的具有相反手性的新粒子，即外爾費米子。這種神奇的粒子帶有電荷，卻不具有質量。2015 年，中國科學院物理研究所翁紅明、方忠、戴希及其合作者，通過第一性原理計算，首次理論預言 TaAs 家族材料是外爾半金屬。隨後，中科院物理所陳根富小組首先製備出了高質量TaAs晶體，丁洪小組利用上海光源「夢之線」 ARPES 實驗站立即對TaAs（001）表面電子態進行了高精度測量，通過與翁紅明、戴希、方忠緊密合作，結合第一性原理計算結果，證實了表面費米弧的存在，並且確定了費米弧與外爾點在（001）表面投影的連接方式，提供了 TaAs 材料外爾電子態的直接實驗證據。隨後，丁洪小組及其合作者進一步測量了 TaAs 體電子態，直接觀測到外爾點及其附近的三維狄拉克錐，提供了進一步的實驗證據。與此同時，陳根富小組通過精確的電輸運測量，首次在 TaAs 單晶中觀測到了由手性反常導致的負磁阻效應，進一步從輸運的角度證明了外爾費米子的存在。至此以上一系列工作是自 1929 年外爾費米子被提出以來，首次在凝聚態物質中證實存在外爾費米子態，具有非常重要的科學意義。

外爾費米子科學家團隊，從左往右依次為 戴希、方忠、翁紅明、錢天、丁洪、陳根富

Weyl 半金屬中 Weyl 錐的示意圖和實驗觀測到的費米弧

「外爾費米子發現」也曾入選 2015 年英國《物理世界》「 2015 年十大突破」和美國物理學會（APS）評選的 2015 年物理學標誌性進展。具有「手性」外爾費米子的半金屬能實現低能耗的電子傳輸，有望解決當前電子器件小型化和多功能化所面臨的能耗問題，同時外爾費米子具有拓撲穩定性，可以用來實現高容錯的拓撲量子計算。

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