Science撤回“天使粒子”論文，因結果未能重現_風聞
返朴-返朴官方账号-关注返朴（ID：fanpu2019）,阅读更多！2022-11-20 09:54
撰文 | 倪思潔、韓揚眉（《中國科學報》記者）
北京時間11月18日凌晨3點，《科學》雜誌發佈“編輯撤稿”聲明，撤回了一篇關於“天使粒子”的論文。這是繼2021年3月《自然》撤回一篇該領域研究論文後，馬約拉納費米子研究又一次遭遇國際頂刊撤稿。
此次被撤回的論文發表於2017年7月21日。論文顯示，研究人員在實驗中觀測到了手性馬約拉納費米子（即“天使粒子”）。論文的通訊作者有4位，分別是何慶林、寇煦豐、張首晟、王康隆，均為華人科學家。
撤稿聲明中提到：“該論文刊發後，未能重現研究結果的讀者要求作者提供原始數據文件。隨後，原始數據來源受到質疑；而且，對原始數據和已公佈數據的分析，揭示了嚴重的違規行為和差異。這些問題導致《科學》雜誌的編輯對論文結論失去了信心，因此我們進行編輯撤稿。”
對此，論文的主要通訊作者、加州大學洛杉磯分校教授王康隆獨家回應《中國科學報》，認為撤稿聲明中的相關説法“毫無根據”。
編輯部撤稿：14位作者不同意
通常，論文撤稿分兩種情況，一種是作者自己撤稿，另一種是編輯部撤稿。此次撤稿屬於後者，撤稿聲明由《科學》雜誌主編H. Holden Thorp署名。
聲明顯示，該論文的20位作者中有14位不同意撤稿，4位通訊作者中，張首晟於2018年12月去世，何慶林、寇煦豐、王康隆均不同意撤稿。
王康隆在給《中國科學報》的回覆中，反駁了撤稿聲明中的説法。
他表示，“我們所有的數據都是真實的。在論文發表五年後，我們還可以從UC Irvine（加州大學爾灣分校）服務器找到原來用於該論文的實驗數據的文件，其中有些文件是重複實驗的數據。此外，我們實驗室新的研究人員們也重複了論文實驗結果；別的科學家採用我們提供的樣品，也已經將實驗結果重複出來，顯示了我們2017年論文中的量化結果。我們堅持認為我們的論文具有科學價值。我們認為，Science的編輯決定是沒有根據而且不公正的。”
對於此次撤稿，美國科學促進會《科學》新聞組副主任Matthew Wright給出了更多信息，他通過郵件回覆《中國科學報》：
“《科學》雜誌編輯部與多名專家協商後作出了這個決定，這些專家都簽署了保密協議。經過仔細和詳盡的審議，編輯們得出結論認為，作者沒有對他們被要求提供的原始數據中不合規之處作出科學合理的解釋。”
2017年的轟動：華人科學家找到“天使粒子”
被撤回的論文題為“量子反常霍爾絕緣體-超導體結構中的手性馬約拉納費米子模式”，由加州大學洛杉磯分校王康隆課題組、美國斯坦福大學教授張首晟課題組、上海科技大學寇煦豐課題組等多個團隊共同完成，共有20位作者。論文刊發後，轟動全球物理學界。
世間萬物有陰就有陽，例如電子就有正負之分。但在1937年，意大利物理學家埃託雷·馬約拉納預言，存在一種奇異的基本粒子，它沒有反粒子，或者説它的反粒子就是它自己。這種粒子也因其預言者而得名。
不過，科學家找了80年，一直沒能找到這種粒子。
早在2008年，張首晟預言了量子反常霍爾效應，2013年被清華大學教授薛其坤領銜的實驗團隊證實。在實驗中，調節外磁場時，反常量子霍爾效應薄膜會呈現出“量子平台”，也就是説，量子世界裏的電阻只能整數倍地跳台階。
這給了張首晟一個靈感：馬約拉納費米子沒有反粒子，相當於傳統粒子的一半，傳統粒子按整數跳，馬約拉納費米子或許就是按半整數跳——它一定會呈現出一個奇特的、“1/2的台階”。
他還推斷，當把普通超導體置於反常量子霍爾效應薄膜之上時，臨近效應使之能夠實現手性馬約拉納費米子，相應的實驗中會多出全新的量子平台。
在後續的實驗中，王康隆領導的實驗團隊真的看到了“1/2的台階”，並認為它是手性馬約拉納費米子存在的有力印證。
成果轟動世界之後，張首晟將手性馬約拉納費米子比喻為“天使粒子”。它的發現被認為“或將開啓一個新的時代”。張首晟本人也因此被認為是“接近拿到諾獎的華人”。
接踵而來的爭議：“天使粒子”信號或因短路造成
與轟動接踵而來的，是關於實驗是否真正觀測到了馬約拉納費米子的爭議。面對各種質疑，作者公開了原始數據文件。
但是，2020年1月2日，《科學》雜誌發表了一篇“反轉”論文——“量子反常霍爾-超導體器件中手性馬約拉納費米子模式缺乏證據”，實驗結果顯示，“1/2的台階”不是由手性馬約拉納費米子誘發的，而是因為“短路”，“非馬約拉納機制也可以產生類似信號”。
這篇論文的作者是美國賓夕法尼亞州立大學常翠祖等人，他們歷時一年，測試了三十多個樣品，都沒有重複出手性馬約拉納費米子模式。
“反轉”論文刊發後，何慶林、王康隆曾公開回應過質疑：“結合UCLA（美國加州大學洛杉磯分校）和Penn State（賓夕法尼亞州立大學）兩個團隊的結果，我們可以得出結論：儘管材料體系在基本物理圖像上非常接近，但由於眾多實驗細節的不同，拓撲相的分佈以及其控制參數可能非常不同，兩個團隊事實上可能在探索一個巨大相圖的不同部分，而並非一個結果對另一個結果的排斥或否定。”
但《科學》還是在2021年12月17日發表了“編輯關注”聲明，提醒讀者注意該論文存在的“擔憂”：“論文發表後，作者提供了原始數據文件，以回應未能再現研究結果的讀者的詢問，但這些數據文件並沒有澄清潛在的問題，現在數據出處受到了質疑。在作者機構進一步調查的同時，我們提醒讀者注意這些擔憂。”
《自然》《科學》接連“撤”：2次撤稿+1次“編輯關注”
此次撤稿並非馬約拉納費米子研究第一次遭遇滑鐵盧。2021年3月8日，《自然》曾撤回過一篇馬約拉納費米子論文。
該論文刊發於2018年3月28日，題為“量子化的馬約拉納電導”，由荷蘭代爾夫特理工大學物理學教授、受僱於微軟的Leo Kouwenhoven帶領團隊完成。論文顯示，他們在半導體納米線中觀測到馬約拉納費米子存在的證據。
論文刊發後同樣遭受質疑。2020年4月29日，《自然》對該論文表達了“編輯關注”，作者表示其在處理這篇論文的原始數據的方式上存在潛在的問題，編輯則提示讀者“勿使用該研究的結果”。
與此次《科學》撤稿事件中大多數作者不同意撤稿的情況不同，《自然》的正式撤稿聲明由作者撰寫。他們在撤稿聲明中承認了數據處理不當的問題，指出“論文中有兩個圖的數據都對電荷跳躍進行了不必要的校正，並且其中一個圖的圖軸還被錯誤標記”。
此外，2021年，《科學》雜誌還發生了另一件馬約拉納費米子相關的質疑。
2021年7月30日，《科學》雜誌發佈“編輯關注”，提醒讀者注意2020年3月27日發表的《全殼體納米線中的通量誘導拓撲超導性》一文，原因是有讀者發現“原始論文中公佈的隧道光譜數據不能代表與本項目相關的全部數據”。但目前論文暫未撤回。
該論文由來自哥本哈根大學、加州大學聖塔芭芭拉分校等機構的研究人員合作完成，研究稱在一種被超導體完全包裹的半導體納米線中，找到了“與馬約拉納零能模的出現相一致的證據”。
尋找馬約拉納費米子還有希望嗎？
對於接二連三的撤稿和“編輯關注”，尋找馬約拉納費米子的研究是否會蒙上陰雲？《中國科學報》採訪了國內兩位凝聚態物理領域的專家。
香港科技大學物理學教授戴希：
這些年《自然》《科學》發表了很多有關馬約拉納費米子研究的報道，嚴謹地説，所有的研究都不是“發現了馬約拉納費米子”，而是“看到了馬約拉納費米子存在的跡象”。屢次出現撤稿，也正是因為真假難辨，實驗看到的跡象可能是馬約拉納費米子造成的，也有可能是別的因素造成的。
另一方面，馬約拉納費米子研究領域的競爭一直相當激烈，大家都想搶先一步把數據發表出去，而《自然》《科學》這些明星期刊的商業炒作模式加劇了競爭的浮躁氛圍。因此，此次撤稿事件也給物理學界敲響了警鐘。它提醒大家，雖然同行競爭非常激烈，雖然現代科學的節奏非常快，但是科學研究的嚴謹標準從來就沒有下降過。
當然，撤稿事件會讓馬約拉納費米子研究蒙上陰雲。最大的負面影響應該是會影響到相關研究課題獲取經費支持，但擠掉一些學術泡沫對整個領域的長久發展是有利的。從長遠看，論文被撤回，也相當於將一個錯誤信息指出來、摘除掉，這不是件壞事，因為錯誤信息的存在和誤導才是學術界發展中真正的陰雲。
我認為，馬約拉納費米子相關問題還是非常重要的研究課題，我們不應該因噎廢食，不應該因為幾篇文章出了問題，就質疑課題本身在科學上的重要性。
事實上，張首晟老師當年提出的關於在量子反常霍爾體系中可能產生馬約拉納費米子的理論方案從來沒有受到過任何質疑。
我本人對於馬約拉納費米子研究領域也充滿信心，因為我們無論在材料製備，還是在器件的設計上，都遠遠沒有做到盡善盡美，可提高的餘地還很大。
上海交通大學李政道研究所講席教授丁洪：
馬約拉納費米子本身的物理意義非常大，如果能在實驗上證實，應該是一個諾獎級工作。
然而，關於馬約拉納費米子真正的實驗證據是很難找到。事實上，馬約拉納費米子的諸多性質與其他準粒子類似，實驗上觀察到的現象很像，很容易導致“錯誤的信息”；此外，在實驗上也存在困難，包括實驗製備、測量等，需要極端的條件，使得實驗重複起來並不容易。更重要的是，實驗受外部環境和條件影響很大。
比如，以納米線作為材料的實驗。納米線是一種具有在橫向上被限制在100納米以下的材料，非常細，以至於必須在超高倍顯微鏡下面才能操作，製備測量難度極大，目前國際上僅有幾家研究組開展研究。納米線有自己的優勢，並非完全走不通。
由於客觀原因導致的出錯概率很大，這種情況也會造成人為的僥倖心理，可能存在某些“造假”現象，當然，撤稿並非都是因為造假。
儘管被屢次撤稿，但尋找馬約拉納費米子依然很重要，必須要做。馬約拉納費米子的發現，其重要性不僅在於充實人類的知識寶庫，更在於有望對拓撲量子計算機產生實際作用。
在固體材料中可能會出現與馬約拉納費米子類似的零能準粒子，這種粒子被稱為“馬約拉納零能模”。對這種準粒子的編織操作是實現容錯拓撲量子計算的重要途徑。
任何事物的發展都是曲線式的，有高峯就會有低谷。我覺得，馬約拉納費米子過了第一個高峯期，正在從低谷向上走的階段。對年輕人來説，這個領域充滿了機會，目前是進入的最佳時機。
參考文獻
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4.Absence of evidence for chiral Majorana modes in quantum anomalous Hall-superconductor devices，https://www.science.org/doi/10.1126/science.aax6361
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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.物理學歷史性突破：華人科學家找到“天使粒子”，人民網-國際頻道，http://world.people.com.cn/n1/2017/0721/c1002-29419180.html
11.沉痛哀悼！復旦大學傑出校友張首晟逝世，復旦大學官網，https://jgb.fudan.edu.cn/6c/26/c20994a224294/page.htm
12.Science首次發表負面結果論文：消失的“天使粒子”，知社學術圈，2020年1月3日
13.王康隆、何慶林：對“天使粒子”是否在固體中存在的回應，知識分子，2020年1月8日
14.不嚴謹還是學術不端?《自然》馬約拉納費米子研究撤稿引爭議，科學網，2021年4月15日
本文經授權轉載自微信公眾號“科學網”，原題目為《Science今晨撤回“天使粒子”論文，張首晟為通訊作者之一》，編輯：方圓，記者馮麗妃對此文亦有貢獻。
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