现代物理学提出了一系列有关现实世界的怪异的、违反直觉的观念和理论，尤其是有关于量子物理学。在量子物理世界，物体会处于奇异的叠加状态，例如大名鼎鼎的“薛定谔的猫”。根据这一假设，箱中之猫处于“死—活叠加态”（既死了又活着），要等到打开箱子看猫一眼才能判定它的生死。
有时候，量子力学更具有决定性，甚至是破坏性。
“对称性”是物理学家心中的圣杯。对称性意味着，我们能够以一种确定方式改变一个物体，同时让它处于“不变”状态。例如，一个圆球可以朝着任意角度旋转，但看上去始终一样，物理学家将其称之为旋转下的对称性。通常一旦确定一个物理系统的对称性，便可预测其动力学变化。
但有的时候，量子力学定律会破坏对称性，这在物理学家看来也非常怪异，通常称之为“异常”。在量子异常的研究史上，这种现象差不多仅限于基本粒子物理学。
有很多巨型加速器实验室正在开展这方面的研究，例如欧洲核子研究组织的大型强子对撞机。如今，类似3D石墨烯的新材料外尔半金属也使得我们将破坏对称性的量子异常应用于日常现象，比如产生电流。
在这种奇异材料内部，电子行为与高能加速器研究的基本粒子一模一样。这些粒子拥有一个奇异特性——永无止息，始终以恒定速度移动。此外，它们还有一个“旋转”的特性，给人的感觉就是它们好像被绑上一块微型磁铁，分成两类，旋转方向要么与移动方向相同，要么相反。
（一支国际研究小组在新材料外尔半金属内探测到量子异常。科学家一度认为只能在宇宙深处观测到这种现象。研究发现刊登在《自然》杂志上。）
粒子既有左旋，又有右旋的特性被称之为“手征性”，而两种粒子的唯一差异就在于它们的手征性。通常情况下，粒子的对称性“井水不犯河水”，数量保持恒定；但是，量子异常能够破坏它们的和平共存，将左旋粒子变成右旋粒子，反之亦然。
据《自然》杂志7月21日刊登的研究，一支由物理学家、材料学家和弦理论学家组成的国际小组对这种新材料进行观测，发现了最为怪异的量子异常现象。
在此之前，科学家一直认为这种现象只能由爱因斯坦相对论阐述的时空扭曲所导致。令研究小组感到吃惊的是，他们居然可以在地球上的固态物理学世界发现这种现象，而固态物理学则是计算产业（包括微晶体管和云数据中心在内）的重要基石。
约翰尼斯·古斯（研究论文主执笔人、IBM研究院科学家）表示：“这是我们首次在地球上通过实验手段观测到量子异常，对于了解宇宙具有非常重要的意义。现在，我们能够制造基于这种量子异常情况的新式固态设备，从而避免晶体管等经典电子设备的一些固有问题，这也是我们以前从未想到过的一种进步。”
计算结果显示，如果在施加磁场的同时对外尔半金属进行加热，这种重力异常将会导致电流的产生。研究论文合著者、UAM/CSIC理论物理学研究所弦理论学家卡尔·兰德斯特纳教授表示：“这是一项不可思议的发现，我们的研究表明可以在任何物理系统观测到对称性的打破，不管是在宇宙诞生之初还是在今时今日的地球，这让人感到异常兴奋。”
根据IBM科学家的预测，这一发现将促使传感器、开关、热电冷却器和能量收集装置的研发取得一系列新进展，进一步降低能耗。
注：UAM（Universidad Autónoma de Madrid）马德里自治大学
CSIC——西班牙高级科学研究理事会
IBM（International Business Machines Corporation）国际商用机器公司
文章资料来源
https://phys.org/news/2017-07-scientists-gravitational-anomaly-earth_1.html
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