南京大学团队突破性成果在国际顶刊《自然》发表|南京大学_新浪财经

南京大学团队突破性成果在国际顶刊《自然》发表

全球首次观察到引力子的“影子”

杜灵杰教授与学生交流实验进展。南京日报/紫金山新闻记者孟勃翰摄

南报网讯（记者何洁）3月28日，南京大学传来消息，该校物理学院杜灵杰教授团队在量子物理研究方面取得重大进展，他们首次观察到引力子激发，也就是引力子在凝聚态物质中的“影子”。这在世界上属于首次发现，相关论文于3月28日在线发表在国际学术期刊《自然》上。

“引力子和引力波对应，后者已经被实验所证实，但引力子自从二十世纪30年代被提出以来，一直尚未被直接观察到。”南京大学物理学院教授杜灵杰介绍，广义相对论指出引力是一种几何效应，它的爱因斯坦场方程解释了宇宙中的绝大多数宏观现象，但广义相对论却很难像量子力学那样去描述微观世界。“引力子是广义相对论与量子力学理论相结合的产物，如果能证实这种神秘准粒子存在，可能有助于实现两大理论的统一，这对当代物理学而言意义重大。”

杜灵杰说，实验的灵感来自5年前。2019年，团队在分数量子霍尔效应中发现了一种新的集体激发，理论物理学家们认为可能是分数量子霍尔效应引力子并提出了检测该引力子的关键自旋测量方案。这激发了团队在分数量子霍尔效应中去探寻这类神秘准粒子的动力。

然而想要发现这类准粒子并非易事，当时国内外尚无满足要求的测量设备可以进行相关实验。一方面实验测量要求极低的温度，另一方面实验中的可见光以及制冷机透光窗户的辐射却容易将温度升至100mK（温度单位）以上，以及更多苛刻的实验条件。杜灵杰率领团队花费3年多的时间，在南京大学鼓楼校区唐仲英楼内自主设计、集成组装了一套实验装置，经过测试，多项测量参数达到世界领先水平，并于2022年下半年正式投入使用。

“我们可以把它理解为一个两层楼高的‘望远镜’，可以在零下273.1摄氏度下捕捉到最低达10吉赫(GHz，频率单位）的微弱激发并判断其自旋。”杜灵杰介绍，依靠这一利器，团队完成了一度被人认为不可能完成的实验，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，这一工作是自引力子这一概念被提出以来，首次在实验上发现具有引力子特征的准粒子。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，有着至关重要的意义。团队将继续深入研究引力子物理世界，揭示更多量子前沿领域的新发现。

引力子是啥？

广义相对论指出引力是一种几何效应，但广义相对论却很难像量子力学那样去描述微观世界。“引力子是广义相对论与量子力学理论相结合的产物，如果能证实这种神秘准粒子存在，可能有助于实现两大理论的统一，这对当代物理学而言意义重大。”

——南京大学物理学院杜灵杰教授

实验怎么测？

“我们可以把它理解为一个两层楼高的‘望远镜’，可以在零下273.1摄氏度下捕捉到最低达10吉赫(GHz，频率单位）的微弱激发并判断其自旋。”依靠这一利器，团队完成了一度被人认为不可能完成的实验。

——南京大学物理学院杜灵杰教授