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Science今晨撤回“天使粒子”论文

 作者:倪思洁 韩扬眉 来源:科学网微信公号 发布时间:2022/11/18 9:40:43 字体大小:

文|《中国科学报》记者 倪思洁 韩扬眉

北京时间11月18日凌晨3点,《科学》杂志发布“编辑撤稿”声明,撤回了一篇关于“天使粒子”的论文。这是继2021年3月《自然》撤回一篇该领域研究论文后,马约拉纳费米子研究又一次遭遇国际顶刊撤稿。

此次被撤回的论文发表于2017年7月21日。论文显示,研究人员在实验中观测到了手性马约拉纳费米子(即“天使粒子”)。论文的通讯作者有4位,分别是何庆林、寇煦丰、张首晟、王康隆,均为华人科学家。

撤稿声明中提到:“该论文刊发后,未能重现研究结果的读者要求作者提供原始数据文件。随后,原始数据来源受到质疑;而且,对原始数据和已公布数据的分析,揭示了严重的违规行为和差异。这些问题导致《科学》杂志的编辑对论文结论失去了信心,因此我们进行编辑撤稿。”

对此,论文的主要通讯作者、加州大学洛杉矶分校教授王康隆独家回应《中国科学报》,认为撤稿声明中的相关说法“毫无根据”。

《科学》杂志撤稿声明 图源:SCIENCE

编辑部撤稿:14位作者不同意

通常,论文撤稿分两种情况,一种是作者自己撤稿,另一种是编辑部撤稿。此次撤稿属于后者,撤稿声明由《科学》杂志主编H. Holden Thorp署名。

声明显示,该论文的20位作者中有14位不同意撤稿,4位通讯作者中,张首晟于2018年12月去世,何庆林、寇煦丰、王康隆均不同意撤稿。

王康隆在给《中国科学报》的回复中,反驳了撤稿声明中的说法。

他表示,“我们所有的数据都是真实的。在论文发表五年后,我们还可以从UC Irvine(加州大学尔湾分校)服务器找到原来用于该论文的实验数据的文件,其中有些文件是重复实验的数据。此外,我们实验室新的研究人员们也重复了论文实验结果;别的科学家采用我们提供的样品,也已经将实验结果重复出来,显示了我们2017年论文中的量化结果。我们坚持认为我们的论文具有科学价值。我们认为,Science的编辑决定是没有根据而且不公正的。”

对于此次撤稿,美国科学促进会《科学》新闻组副主任Matthew Wright给出了更多信息,他通过邮件回复《中国科学报》:

“《科学》杂志编辑部与多名专家协商后作出了这个决定,这些专家都签署了保密协议。经过仔细和详尽的审议,编辑们得出结论认为,作者没有对他们被要求提供的原始数据中不合规之处作出科学合理的解释。”

2017年的轰动:华人科学家找到“天使粒子”

被撤回的论文题为“量子反常霍尔绝缘体-超导体结构中的手性马约拉纳费米子模式”,由加州大学洛杉矶分校王康隆课题组、美国斯坦福大学教授张首晟课题组、上海科技大学寇煦丰课题组等多个团队共同完成,共有20位作者。论文刊发后,轰动全球物理学界。

世间万物有阴就有阳,例如电子就有正负之分。但在1937年,意大利物理学家埃托雷·马约拉纳预言,存在一种奇异的基本粒子,它没有反粒子,或者说它的反粒子就是它自己。这种粒子也因其预言者而得名。

不过,科学家找了80年,一直没能找到这种粒子。

早在2008年,张首晟预言了量子反常霍尔效应,2013年被清华大学教授薛其坤领衔的实验团队证实。在实验中,调节外磁场时,反常量子霍尔效应薄膜会呈现出“量子平台”,也就是说,量子世界里的电阻只能整数倍地跳台阶。

这给了张首晟一个灵感:马约拉纳费米子没有反粒子,相当于传统粒子的一半,传统粒子按整数跳,马约拉纳费米子或许就是按半整数跳——它一定会呈现出一个奇特的、“1/2的台阶”。

他还推断,当把普通超导体置于反常量子霍尔效应薄膜之上时,临近效应使之能够实现手性马约拉纳费米子,相应的实验中会多出全新的量子平台。

在后续的实验中,王康隆领导的实验团队真的看到了“1/2的台阶”,并认为它是手性马约拉纳费米子存在的有力印证。

成果轰动世界之后,张首晟将手性马约拉纳费米子比喻为“天使粒子”。它的发现被认为“或将开启一个新的时代”。张首晟本人也因此被认为是“接近拿到诺奖的华人”。

发表在《科学》上的“天使粒子”论文 图源:SCIENCE

接踵而来的争议:“天使粒子”信号或因短路造成

与轰动接踵而来的,是关于实验是否真正观测到了马约拉纳费米子的争议。面对各种质疑,作者公开了原始数据文件。

但是,2020年1月2日,《科学》杂志发表了一篇“反转”论文——“量子反常霍尔-超导体器件中手性马约拉纳费米子模式缺乏证据”,实验结果显示,“1/2的台阶”不是由手性马约拉纳费米子诱发的,而是因为“短路”,“非马约拉纳机制也可以产生类似信号”。

这篇论文的作者是美国宾夕法尼亚州立大学常翠祖等人,他们历时一年,测试了三十多个样品,都没有重复出手性马约拉纳费米子模式。

“反转”论文刊发后,何庆林、王康隆曾公开回应过质疑:“结合UCLA(美国加州大学洛杉矶分校)和Penn State(宾夕法尼亚州立大学)两个团队的结果,我们可以得出结论:尽管材料体系在基本物理图像上非常接近,但由于众多实验细节的不同,拓扑相的分布以及其控制参数可能非常不同,两个团队事实上可能在探索一个巨大相图的不同部分,而并非一个结果对另一个结果的排斥或否定。”

但《科学》还是在2021年12月17日发表了“编辑关注”声明,提醒读者注意该论文存在的“担忧”:“论文发表后,作者提供了原始数据文件,以回应未能再现研究结果的读者的询问,但这些数据文件并没有澄清潜在的问题,现在数据出处受到了质疑。在作者机构进一步调查的同时,我们提醒读者注意这些担忧。”

《科学》发布的“编辑关注”声明 图源:SCIENCE

《自然》《科学》接连“撤”:2次撤稿+1次“编辑关注”

此次撤稿并非马约拉纳费米子研究第一次遭遇滑铁卢。2021年3月8日,《自然》曾撤回过一篇马约拉纳费米子论文。

该论文刊发于2018年3月28日,题为“量子化的马约拉纳电导”,由荷兰代尔夫特理工大学物理学教授、受雇于微软的Leo Kouwenhoven带领团队完成。论文显示,他们在半导体纳米线中观测到马约拉纳费米子存在的证据。

论文刊发后同样遭受质疑。2020年4月29日,《自然》对该论文表达了“编辑关注”,作者表示其在处理这篇论文的原始数据的方式上存在潜在的问题,编辑则提示读者“勿使用该研究的结果”。

与此次《科学》撤稿事件中大多数作者不同意撤稿的情况不同,《自然》的正式撤稿声明由作者撰写。他们在撤稿声明中承认了数据处理不当的问题,指出“论文中有两个图的数据都对电荷跳跃进行了不必要的校正,并且其中一个图的图轴还被错误标记”。

《自然》杂志撤回的马约拉纳费米子相关论文 图源:NATURE

此外,2021年,《科学》杂志还发生了另一件马约拉纳费米子相关的质疑。

2021年7月30日,《科学》杂志发布“编辑关注”,提醒读者注意2020年3月27日发表的《全壳体纳米线中的通量诱导拓扑超导性》一文,原因是有读者发现“原始论文中公布的隧道光谱数据不能代表与本项目相关的全部数据”。但目前论文暂未撤回。

该论文由来自哥本哈根大学、加州大学圣塔芭芭拉分校等机构的研究人员合作完成,研究称在一种被超导体完全包裹的半导体纳米线中,找到了“与马约拉纳零能模的出现相一致的证据”。

寻找马约拉纳费米子还有希望吗?

对于接二连三的撤稿和“编辑关注”,寻找马约拉纳费米子的研究是否会蒙上阴云?《中国科学报》采访了国内两位凝聚态物理领域的专家。

香港科技大学物理学教授戴希:

这些年《自然》《科学》发表了很多有关马约拉纳费米子研究的报道,严谨地说,所有的研究都不是“发现了马约拉纳费米子”,而是“看到了马约拉纳费米子存在的迹象”。屡次出现撤稿,也正是因为真假难辨,实验看到的迹象可能是马约拉纳费米子造成的,也有可能是别的因素造成的。

另一方面,马约拉纳费米子研究领域的竞争一直相当激烈,大家都想抢先一步把数据发表出去,而《自然》《科学》这些明星期刊的商业炒作模式加剧了竞争的浮躁氛围。因此,此次撤稿事件也给物理学界敲响了警钟。它提醒大家,虽然同行竞争非常激烈,虽然现代科学的节奏非常快,但是科学研究的严谨标准从来就没有下降过。

当然,撤稿事件会让马约拉纳费米子研究蒙上阴云。最大的负面影响应该是会影响到相关研究课题获取经费支持,但挤掉一些学术泡沫对整个领域的长久发展是有利的。从长远看,论文被撤回,也相当于将一个错误信息指出来、摘除掉,这不是件坏事,因为错误信息的存在和误导才是学术界发展中真正的阴云。

我认为,马约拉纳费米子相关问题还是非常重要的研究课题,我们不应该因噎废食,不应该因为几篇文章出了问题,就质疑课题本身在科学上的重要性。

事实上,张首晟老师当年提出的关于在量子反常霍尔体系中可能产生马约拉纳费米子的理论方案从来没有受到过任何质疑。

我本人对于马约拉纳费米子研究领域也充满信心,因为我们无论在材料制备,还是在器件的设计上,都远远没有做到尽善尽美,可提高的余地还很大。

上海交通大学李政道研究所讲席教授丁洪:

马约拉纳费米子本身的物理意义非常大,如果能在实验上证实,应该是一个诺奖级工作。

然而,关于马约拉纳费米子真正的实验证据是很难找到。事实上,马约拉纳费米子的诸多性质与其他准粒子类似,实验上观察到的现象很像,很容易导致“错误的信息”;此外,在实验上也存在困难,包括实验制备、测量等,需要极端的条件,使得实验重复起来并不容易。更重要的是,实验受外部环境和条件影响很大。

比如,以纳米线作为材料的实验。纳米线是一种具有在横向上被限制在100纳米以下的材料,非常细,以至于必须在超高倍显微镜下面才能操作,制备测量难度极大,目前国际上仅有几家研究组开展研究。纳米线有自己的优势,并非完全走不通。

由于客观原因导致的出错概率很大,这种情况也会造成人为的侥幸心理,可能存在某些“造假”现象,当然,撤稿并非都是因为造假。

尽管被屡次撤稿,但寻找马约拉纳费米子依然很重要,必须要做。马约拉纳费米子的发现,其重要性不仅在于充实人类的知识宝库,更在于有望对拓扑量子计算机产生实际作用。

在固体材料中可能会出现与马约拉纳费米子类似的零能准粒子,这种粒子被称为“马约拉纳零能模”。对这种准粒子的编织操作是实现容错拓扑量子计算的重要途径。

任何事物的发展都是曲线式的,有高峰就会有低谷。我觉得,马约拉纳费米子过了第一个高峰期,正在从低谷向上走的阶段。对年轻人来说,这个领域充满了机会,目前是进入的最佳时机。

(本报记者冯丽妃对此文亦有贡献)

参考文献:

1.Chiral Majorana fermion modes in a quantum anomalous Hall insulator–superconductor structure,https://www.science.org/doi/10.1126/science.aag2792

2.Editorial Expression of Concern,https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn5849

3.Editorial Retraction,https://www.science.org/doi/10.1126/science.adf7575

4.Absence of evidence for chiral Majorana modes in quantum anomalous Hall-superconductor devices,https://www.science.org/doi/10.1126/science.aax6361

5.RETRACTED ARTICLE: Quantized Majorana conductance,https://www.nature.com/articles/nature26142

6.Editorial Expression of Concern: Quantized Majorana conductance,https://www.nature.com/articles/s41586-020-2252-6

7.Retraction Note: Quantized Majorana conductance,https://www.nature.com/articles/s41586-021-03373-x

8.Flux-induced topological superconductivity in full-shell nanowires,https://www.science.org/doi/10.1126/science.aav3392

9.Editorial Expression of Concern,https://www.science.org/doi/10.1126/science.abl5286

10.物理学历史性突破:华人科学家找到“天使粒子”,人民网-国际频道,http://world.people.com.cn/n1/2017/0721/c1002-29419180.html

11.沉痛哀悼!复旦大学杰出校友张首晟逝世,复旦大学官网,https://jgb.fudan.edu.cn/6c/26/c20994a224294/page.htm

12.Science首次发表负面结果论文:消失的“天使粒子”,知社学术圈,2020年1月3日

13.王康隆、何庆林:对“天使粒子”是否在固体中存在的回应,知识分子,2020年1月8日

14.不严谨还是学术不端?《自然》马约拉纳费米子研究撤稿引争议,科学网,2021年4月15日

信源地址:/html/shownews.aspx          
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