我國科學家在世界上首次觀察到引力子的“投影”

南京大學物理學院杜靈杰教授率領的國際科研團隊，在量子物理領域取得重大進展，首次觀察到引力子在凝聚態物質中的“投影”。相關論文28日在線發表于國際學術期刊《自然》。

杜靈杰介紹，引力子和引力波對應，后者已經被實驗所證實，而引力子尚未被直接觀察到。“引力子是廣義相對論與量子力學理論相結合的產物，如果能證實這種神秘粒子存在，可能有助于實現兩大理論的統一，這對當代物理學而言意義重大。”

他告訴記者，近年來，有理論預言，凝聚態物質中可能存在一種“分數量子霍爾效應引力子”，由于它的行為規律與引力子類似，被形象地稱作引力子的“投影”。

5年前，杜靈杰團隊在分數量子霍爾效應中發現一種新的集體激發現象。理論物理學界認為，這可能是分數量子霍爾效應引力子存在的證據，并提出了實驗方案。

“但當時國內外沒有符合實驗要求的測量設備。因為這個實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、南京大學博士生梁杰輝告訴記者，一方面，實驗需要極低溫和強磁場——溫度僅比絕對零度高約0.05攝氏度，磁場強度要達到地球平均磁場的10萬倍以上，雖然這兩個條件可以通過特殊的制冷機實現，但另一方面，為了開展光學測量，制冷機上必須安裝透光窗戶，這又很容易導致實驗溫度上升，機器振動也會影響光學測量的精度。

團隊花費3年多的時間，在南京大學校園內自主設計、集成組裝了一套實驗裝置。“你可以把它理解為一座兩層樓高的‘顯微鏡’。”杜靈杰說，經測試，該裝置的多項測量參數達到世界領先水平。

依靠這一利器，團隊成功在砷化鎵半導體量子阱中觀察到分數量子霍爾效應引力子，并分別從自旋、動量、能量三個角度確認了相關實驗證據。

“這是引力子概念自二十世紀三十年代被提出以來，首次在實驗中觀察到它的‘投影’。”杜靈杰表示，團隊將繼續深入研究引力子物理世界，“期待這座‘顯微鏡’給我們帶來更多量子前沿領域的新發現。”（作者 陳席元）