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我國科學家在世界上首次觀察到引力子的“投影”

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2024-03-28 14:38

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  新華社南京3月28日電(記者 陳席元)記者從南京大學獲悉,該校物理學院杜靈傑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日線上發表於國際學術期刊《自然》。

  杜靈傑介紹,引力子和引力波對應,後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,可能有助於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”,由於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,杜靈傑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,並提出了實驗方案。

  “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、南京大學博士生梁傑輝告訴記者,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製冷機實現,但另一方面,為了開展光學測量,製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’。”杜靈傑說,經測試,該裝置的多項測量參數達到世界領先水準。

  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,並分別從自旋、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’。”杜靈傑表示,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。”

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