中科院被《科学》拒稿,让普林斯顿“先”发现了外尔费米子?

澎湃新闻记者 罗昕 邢春燕

2015-07-28 17:32 来源:澎湃新闻

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过去几天,一则中国科学家发现“外尔费米子”的消息在媒体引起关注,更有媒体声称,该发现能实现智能手机一年充一次电(此为夸大,下文将作解释)。而在这一重大发现的背后,又一桩科学公案正在发酵。
7月16日,《科学》杂志在线发表了美国普林斯顿大学物理学家扎伊德·哈桑团队的实验成果,该研究团队宣布他们在“外尔半金属”中发现了“外尔费米子”。同一天,《科学》杂志还在线发表了美国麻省理工学院陆凌等人的研究成果,该研究团队宣布在光学晶体里发现“外尔玻色子”。
到了7月20日,中科院物理所官网发布消息称,由中科院物理所方忠研究员率领的科研团队首次发现了具有左旋和右旋两种不同“手性”的电子态——外尔费米子。值得注意的是,消息中有这么一句:“该发现从理论预言到实验观测的全过程,都是由我国科学家独立完成。”
中科院物理所官网发布的消息(截屏图)
中科院并未直言,到底是他们还是普林斯顿团队“先”发现了外尔费米子,但微博上却有网友怀疑中科院“晚了”,甚至指责其“作假”。
外尔费米子的概念要追溯至1929年,德国科学家外尔(H. Weyl)指出,三维无“质量”电子可以分为左旋和右旋两种不同“手性”,这就是外尔费米子。80多年以来,科学家一直没有在实验中观测到外尔费米子。这意味着,即便有完整的理论推导和公式推算,没有实验验证的结论都不算“发现”。于是,普林斯顿大学、中国科学院等科研机构为此拉开了一场激烈的“科研竞跑”。
有意思的是,目前人们多关注几大科研机构的“竞跑”,忽略了普林斯顿和麻省理工的发表文章的第一作者都是华裔(从名字拼音还能判断基本上来自中国大陆),且论文作者团队里也以华裔为主。
实际上,麻省理工和普林斯顿两个小组的实验研究,分别和中国的浙大与北大进行了合作。
普林斯顿哈桑的团队
一个网站五天里的三篇文章
在发现外尔费米子的这场竞跑中,美国麻省理工学院陆凌等人没有直接参与进中科院、普林斯顿团队的竞争,但当其他两个团队先后宣布发现外尔费米子时,陆凌所在的团队也宣布发现了另一种外尔粒子(外尔玻色子)。于是麻省理工的这个研究团队也被卷入这场纷争中。
普林斯顿团队在arXiv上公开了理论预测,并于2014年11月24日向《自然通讯》杂志提交了这篇论文。
7月27日,陆凌接受澎湃新闻专访。他介绍,物理学界有一个arXiv网站,学者无需经过审稿就可以将研究成果贴在网站上,与同行交流。有意思的是,2015年2月,短短5天的时间里,arXiv网站就连续出现了3篇有关“发现外尔粒子”的实验文章:2月11日,麻省理工团队率先贴出文章;2月12日,普林斯顿团队贴出文章;2月16日,中科院团队也贴出文章。
中科院团队于2014年12月31日在arXiv网站上公开预言在TaAs,TaP,NbAs和NbP这四种非磁性材料上可以发现“外尔费米子”。
为什么三个团队紧接着贴出了文章?陆凌解释说,这是学界里的“竞争”。“我的文章比你的早发出来,就占了先机,后来者就需要在自己的文章中引用之前的工作。”他说,“我在2月11日先贴了(文章),他们看到我贴了,即使(他们的)实验没有做完也必须贴,否则就失去了对外宣称‘首次独立发现’的资格。”
其中,中科院团队和普林斯顿团队是直接竞争关系。不同于陆凌发现外尔玻色子,中科院团队和普林斯顿团队的研究从材料、数据、理论到实验几乎完全一样,都在竞争“外尔费米子”的“首次发现”。
但陆凌强调,尽管文章公布有“先后”,但他相信三个团队都是各自独立完成实验的。对于这样的工作而言,“实验工作不可能在几天之内因为‘看到别人的东西’就能完成,来不及的。”
三方投稿,为何中科院被拒稿?
当然,竞赛绝不限于arXiv网站。麻省理工学院团队、普林斯顿团队于2月15日将自己的文章正式投给《科学》杂志,中科院团队也于2月17日向《科学》杂志投稿。然而,到了7月16日,《科学》在线发表了麻省理工学院团队和普林斯顿团队的研究成果,而中科院团队的论文在6月17日遭遇拒稿处理。
7月27日,澎湃新闻就拒稿原因致信《科学》杂志,其公关部门(Science Press Package)的执行董事米根·费伦(Meagan Phelan)回应称,“对于任何可能的拒稿原因我们不予置评,我们也无权肯定或者否定同行评审过程。《科学》杂志每年收到的学术稿件超过1.3万份,录取率只有7%,所以绝大多数的论文都因各种各样的原因被拒稿了。”
澎湃新闻从国内物理学界了解到,中科院团队和普林斯顿团队几乎是同时观测到了外尔费米子,而普林斯顿团队提前两天给了《科学》杂志。但一位不愿具名的国内物理学家对澎湃新闻表示,中科院团队的数据比普林斯顿团队更好,中方团队先观测到了表面态的费米弧,随后把结果写成论文提交给了《科学》杂志,过了一个月之后该团队又观测到了体态中的外尔锥,又把这部分内容给了别的杂志(编者注:杂志名称不肯透露)。后来,《科学》杂志的审稿人提出修改意见,要求中方把体态的内容加进去,但是这部分内容已经给了别的杂志,所以没办法满足《科学》的修稿要求。
澎湃新闻就此疑问向中科院团队求证时,中科院团队几位成员均称不方便以个人名义回答这个问题,并表示研究团队会统一发声。据悉,中科院团队的前后两篇论文即将在其他国际期刊上发表。
此前,普林斯顿团队领导人、物理学家扎伊德·哈桑则在电子邮件中回复《中国科学报》:“我们将实验成果向《科学》杂志投稿,审稿中没有收到修改意见。”
“很多人会说,是不是外国学术期刊歧视中国科学家?这样说可能是片面了。中科院的文章没有一起在《科学》出现确实意外,但毕竟中科院以这个实验结果短期发表了两篇高水平论文,而其他两个团队只有一篇。”陆凌如是说。
7月16日,英国皇家化学协会网站报道说:“有两个国际研究组声称发现了电子学的基本建筑单元——外尔费米子。”这两个国际研究组,正是普林斯顿团队和中科院物理所。英国皇家化学协会完全独立于中科院物理所、普林斯顿大学以及麻省理工学院。
在实验中观测到的“费米弧”
普林斯顿有无“借鉴”中科院的成果?
目前,中科院物理所官网、《中国科学报》的报道都会突出中科院团队的一大突破,就是他们于2014年12月31日率先在arXiv网站上公开预言在TaAs、TaP、NbAs和NbP这四种非磁性材料上可以发现“外尔费米子”。这一系列材料能自然合成,无需进行掺杂等细致繁复的调控,更利于实验发现。
在《中国科学报》的描述中:这一理论成果立即受到同行的关注,包括中科院物理所、北京大学、普林斯顿大学等在内的国际上众多实验小组都投入到了竞赛般的实验验证工作中。
中科院物理所研究员戴希7月18日在其个人博客上写道:“磁性材料,总不可避免地存在磁畴,从而使得许多外尔半金属的重要特性很难在实验上被观测到。因此发现(这四种)非磁性的外尔半金属材料,成为该领域发展的关键。”
对此,陆凌表示赞同,因为此前中美科学家提出过约十类电子外尔材料,但都还没能被实验证实。其中一点因素就是很多材料有磁性,影响观测。所以这四种非磁性,元素简单的外尔半金属对于发现“外尔费米子”确实重要。陆凌同时表示自己发现外尔玻色子的实验也是基于非磁性的光学材料,这一的理论工作在2012年7月2日发表在arXiv上。
“但据我了解,其实普林斯顿团队在2014年11月24日就向《自然通讯》杂志提交了一篇文章,也是对这类(非磁性)材料进行理论预测,只是没有在arXiv网站上公开贴出来。”陆凌说。换言之,中科院团队确实是第一个对公众发表预测的,但也可以说普林斯顿团队是第一个(甚至早于中科院)向学术期刊提交预测的。
据《中国科学报》报道,1月5日,中科院团队也收到了来自普林斯顿哈桑团队的一封信。信中告知,他们也有类似的工作。澎湃新闻搜索发现,普林斯顿团队确实于2015年1月5日在arXiv上公开了理论预测,也确实于2014年11月24日向《自然通讯》杂志提交了这篇论文。
但在《中国科学报》的报道中,中科院团队成员翁红明表示:“哈桑小组在这篇文章(指向《自然》提交的那篇论文)中使用了我参与开发的计算软件包,并引用了以我为第一作者于2009年发表的一篇文章。”且在一名不愿透露姓名的该领域研究者看来,哈桑的这篇预测更像是“凭空冒出”。“甚至没有给出严格的数学证明,仅仅是一个预言。”这名研究者表示,加上两项研究在arXiv网站公布的先后顺序,让人不禁怀疑,哈桑小组的工作是否完全独立?
澎湃新闻在普林斯顿大学官网找到了一篇官方声明,声明引用了普林斯顿团队论文的第一作者、普林斯顿大学物理系、博士后研究助理 Su-Yang Xu的话,“我们的工作,从理论到实验全部都是独一无二的。” Su-Yang Xu说,“理论家告诉我们,一些化合物可能会显示出新的或者有趣的属性。随后,我们获取样本并进行实验验证。我们自己提出了理论预测并完成了实验。”
哈桑也在邮件中回复了澎湃新闻的疑问,“关于这个问题,我们的立场已经在这份声明中阐述清楚了,声明就是我们研究合法性的证据。”
对于翁红明提出的质疑(哈桑团队论文使用了他参与开发的计算软件包,并引用了他于2009年发表的论文),哈桑回应称,“我们研究使用的是公开免费的软件(使用开源代码,对任何人开放)。我们的工作是基于我们早期出版的关于拓扑绝缘体的论文,最早可追溯到2008年,在《自然》杂志和《科学》杂志上都可以找到。当然,我们的论文引用了很多研究团队的多篇论文,但是没有一篇发现了外尔费米子。”
“我相信,对于论文的正确性,两份杂志自有评判。”哈桑回应道,“《科学》杂志愿意接受我们的论文,是因为我们的论文是正确的。所有的评审人员(推荐人、审稿人和编辑部)在经过仔细核查之后都认同这一点。也只有达成共识,他们才会决定发表。我听到很多人的论文被拒,不仅是中科院团队的论文。《科学》杂志在其官网上给出了很多拒稿理由,如论文不准确、不完整或者无法理解。但是他们为何拒绝中科院团队的稿子,我就不清楚了。”
普林斯顿哈桑团队对外尔费米子的发现,左上图为TaAs晶体,右上图为外尔半金属中的外尔费米子和表面的费米弧,右上图和左下图中的加号和减号表示晶体中外尔费米子所具有的特定手性,右下图表示外尔费米子具有的“磁单极”属性。
外尔费米子能让手机一年一充电?
尽管“发现”先后已有了争议,不少媒体已开始宣称外尔费米子的发现给智能手机带来显著影响,可以解决智能电子设备待机时间短、电量消耗快的问题。如香港《南华早报》网站7月23日报道,这项突破性的发现将极大地推进未来技术的发展,例如比目前的超级计算机运行速度更快的量子计算机,以及能够实现一年一充电的智能手机。
不少网友对“一年一充电的智能手机”表示怀疑,称这是天方夜谭。对此,澎湃新闻致电中科学物理所综合处处长魏红祥,对方解释说,这是媒体的误传,“外尔费米子的发现确实可以节省器件能耗,增长待机时间,但‘一年充一次电’恐怕是记者写出来夺人眼球,这只能是未来的一种期待。”魏红祥还表示,由于网上出现各种“发现外尔费米子”的消息,其中不乏错漏,中科院团队研究员会尽快出一篇声明,解答疑问。
对于目前广泛流传的“发现外尔费米子,手机就能一年一充”,陆凌也直言这夸大了。他解释说,现在科学家只是验证了能发现“外尔费米子”的一类材料,这类材料的具体研究还有一段路要走。是不是可以找到更好的材料?有了这些材料之后能在哪些器件中被用到?就算能用能否比现有器件更好?这些都是未知数。“当然从理论上说是有应用前景的,但是直接把现阶段的成果和生活联系在一起,太早了。”
责任编辑:梁佳澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
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