記者從南京大學獲悉，該校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(tài)物質中的“投影”。相關論文28日在線發(fā)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(jīng)被實驗所證實，而引力子尚未被直接觀察到?！耙ψ邮菑V義相對論與量子力學理論相結合的產(chǎn)物，如果能證實這種神秘粒子存在，可能有助于實現(xiàn)兩大理論的統(tǒng)一，這對當代物理學而言意義重大?！?/p>

（左）量子度規(guī)描述運行軌道的形狀。（右）軌道形變產(chǎn)生最低能量長波激發(fā)。“南京大學”微信公號 圖

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

圓偏振光測量引力子激發(fā)  “南京大學”微信公號 圖

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

“但當時國內(nèi)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(xiàn)，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(nèi)自主設計、集成組裝了一套實驗裝置?！澳憧梢园阉斫鉃橐蛔鶅蓪訕歉叩摹@微鏡’?！倍澎`杰說，經(jīng)測試，該裝置的多項測量參數(shù)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(shù)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(jù)。

“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’?！倍澎`杰表示，團隊將繼續(xù)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(fā)現(xiàn)?！?/p>