記者從南京大學獲悉，該校物理學院杜靈杰教授團隊在量子物理領域取得重要進展，首次觀察到引力子在凝聚態物質中的“投影”。相關論文28日發表在國際學術期刊《自然》上。

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

杜靈杰介紹，引力子和引力波對應，后者已被實驗所證實，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，對當代物理學意義重大。”

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”。

早在2019年，杜靈杰團隊就在分數量子霍爾效應中發現了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表示，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，這又易導致實驗溫度上升，而機器振動也會影響光學測量精度。

圓偏振光測量引力子激發 “南京大學”微信公號 圖

因此杜靈杰帶領團隊，花費數年時間，在南京大學自主設計、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。

據介紹，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”，該發現對理解全新的關聯量子物理以及實現拓撲量子計算機的運行具有重要意義。（蘇雁 杜倩）