【科技前沿】

　　光明日報南京3月28日電（記者蘇雁、杜倩）記者從南京大學(xué)獲悉，該校物理學(xué)院杜靈杰教授團隊在量子物理領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，首次觀(guān)察到引力子在凝聚態(tài)物質(zhì)中的“投影”。相關(guān)論文28日發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》上。

　　杜靈杰介紹，引力子和引力波對應，后者已被實(shí)驗所證實(shí)，而引力子尚未被直接觀(guān)察到。“引力子是廣義相對論與量子力學(xué)理論相結合的產(chǎn)物，如能證實(shí)這種神秘粒子存在，可能有助于實(shí)現兩大理論的統一，對當代物理學(xué)意義重大。”

　　近年來(lái)，有理論預言，凝聚態(tài)物質(zhì)中可能存在一種“分數量子霍爾效應引力子”，由于它的行為規律與引力子類(lèi)似，被形象地稱(chēng)作引力子的“投影”。

　　早在2019年，杜靈杰團隊就在分數量子霍爾效應中發(fā)現了一種新的集體激發(fā)現象。理論物理學(xué)界認為，這可能是分數量子霍爾效應引力子存在的證據，并提出了實(shí)驗方案。

　　“但當時(shí)國內外沒(méi)有符合實(shí)驗要求的測量設備。因為這個(gè)實(shí)驗對設備的要求極高，而且看上去自相矛盾。”論文共同第一作者、南京大學(xué)博士生梁杰輝表示，一方面，實(shí)驗需要極低溫和強磁場(chǎng)——溫度僅比絕對零度高約0.05攝氏度，磁場(chǎng)強度要達到地球平均磁場(chǎng)的10萬(wàn)倍以上，雖然這兩個(gè)條件可以通過(guò)特殊的制冷機實(shí)現；但另一方面，為了開(kāi)展光學(xué)測量，制冷機上必須安裝透光窗戶(hù)，這又易導致實(shí)驗溫度上升，而機器振動(dòng)也會(huì )影響光學(xué)測量精度。

　　因此杜靈杰帶領(lǐng)團隊，花費數年時(shí)間，在南京大學(xué)自主設計、集成組裝了一套實(shí)驗裝置。

　　“你可以把它理解為一座兩層樓高的‘顯微鏡’。”杜靈杰說(shuō)，經(jīng)測試，該裝置的多項測量參數達到世界領(lǐng)先水平。依靠這一利器，團隊成功在砷化鎵半導體量子阱中觀(guān)察到分數量子霍爾效應引力子，并分別從自旋、動(dòng)量、能量三個(gè)角度確認了相關(guān)實(shí)驗證據。

　　據介紹，這是引力子概念自二十世紀三十年代被提出以來(lái)，首次在實(shí)驗中觀(guān)察到它的“投影”，該發(fā)現對理解全新的關(guān)聯(lián)量子物理以及實(shí)現拓撲量子計算機的運行具有重要意義。

　　《光明日報》（2024年03月29日 08版）