我国科学家在世界上首次观察到凝聚态物质中的引力子模

   南京大学教授杜灵杰团队联合美国哥伦比亚大学、美国普林斯顿大学、德国明斯特大学研究人员，通过自主设计、组装的极低温强磁场共振非弹性偏振光散射系统，基于砷化镓量子阱，在分数量子霍尔效应中首次观察到引力子模。相关研究成果2024年3月28日发表于《自然》。

   全球关于引力子的研究，一直是物理学界的终极问题之一，如果证实引力子的存在，将是颠覆当代物理学乃至整个科学领域的巨大突破。

   研究人员在这项工作中首次观察到的引力子模是引力子在凝聚态系统中的投影（存在）。这一重大发现，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至关重要。

   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，这一结果随即被理论物理学家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。但在当时，国内外尚无满足要求的测量设备可以进行这一实验。

   对于该实验测量，无论是从实验技术，还是从基础物理创新角度，都意味着“从0到1”的突破。杜灵杰带领团队花费数年时间，在南京大学自主设计、集成组装了一台根植于He3—He4稀释制冷技术的极低温强磁场共振非弹性偏振光散射系统。

   这一特殊的“望远镜”有两层楼高，可以在零下273.1摄氏度下捕捉到最低达10GHz的微弱激发并判断其自旋。测试表明，这一技术的相关测量参数达到国际领先水平，为引力子激发的测量奠定了实验基础。依靠这一利器，实验团队在砷化镓半导体量子阱中成功观测到分数量子霍尔效应引力子，取得重要突破。

   这一工作是自引力子这一概念被提出以来，首次在实验中发现具有引力子特征的准粒子，该实验结果为在凝聚态系统中研究量子引力相关物理开辟了新的视野。

   杜灵杰表示，这是引力子概念自20世纪30年代被提出以来，首次在实验中观察到它的投影。团队将继续深入研究引力子物理世界，“期待这座‘显微镜’给我们带来更多量子前沿领域的新发现”。■