我国科学家首次观察到引力子的“投影”

记者从南京大学获悉，该校物理学院杜灵杰教授团队在量子物理领域取得重要进展，首次观察到引力子在凝聚态物质中的“投影”。相关论文28日发表在国际学术期刊《自然》上。

杜灵杰介绍，引力子和引力波对应，后者已被实验所证实，而引力子尚未被直接观察到。“引力子是广义相对论与量子力学理论相结合的产物，如能证实这种神秘粒子存在，可能有助于实现两大理论的统一，对当代物理学意义重大。”

近年来，有理论预言，凝聚态物质中可能存在一种“分数量子霍尔效应引力子”，由于它的行为规律与引力子类似，被形象地称作引力子的“投影”。

早在2019年，杜灵杰团队就在分数量子霍尔效应中发现了一种新的集体激发现象。理论物理学界认为，这可能是分数量子霍尔效应引力子存在的证据，并提出了实验方案。

“但当时国内外没有符合实验要求的测量设备。因为这个实验对设备的要求极高，而且看上去自相矛盾。”论文共同第一作者、南京大学博士生梁杰辉表示，一方面，实验需要极低温和强磁场——温度仅比绝对零度高约0.05摄氏度，磁场强度要达到地球平均磁场的10万倍以上，虽然这两个条件可以通过特殊的制冷机实现；但另一方面，为了开展光学测量，制冷机上必须安装透光窗户，这又易导致实验温度上升，而机器振动也会影响光学测量精度。

因此杜灵杰带领团队，花费数年时间，在南京大学自主设计、集成组装了一套实验装置。

“你可以把它理解为一座两层楼高的‘显微镜’。”杜灵杰说，经测试，该装置的多项测量参数达到世界领先水平。依靠这一利器，团队成功在砷化镓半导体量子阱中观察到分数量子霍尔效应引力子，并分别从自旋、动量、能量三个角度确认了相关实验证据。

据介绍，这是引力子概念自二十世纪三十年代被提出以来，首次在实验中观察到它的“投影”，该发现对理解全新的关联量子物理以及实现拓扑量子计算机的运行具有重要意义。（记者苏雁、杜倩）