我國科學(xué)家在世界上首次觀察到引力子的“投影”
記者從南京大學(xué)獲悉,該校物理學(xué)院杜靈杰教授率領(lǐng)的國際科研團隊,在量子物理領(lǐng)域取得重大進展,首次觀察到引力子在凝聚態(tài)物質(zhì)中的“投影”。相關(guān)論文28日在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然》。
杜靈杰介紹,引力子和引力波對應(yīng),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(xué)理論相結(jié)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(dāng)代物理學(xué)而言意義重大?!?/p>
他告訴記者,近年來,有理論預(yù)言,凝聚態(tài)物質(zhì)中可能存在一種“分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)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”。
5年前,杜靈杰團隊在分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)中發(fā)現(xiàn)一種新的集體激發(fā)現(xiàn)象。理論物理學(xué)界認(rèn)為,這可能是分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)引力子存在的證據(jù),并提出了實驗方案。
“但當(dāng)時國內(nèi)外沒有符合實驗要求的測量設(shè)備。因為這個實驗對設(shè)備的要求極高,而且看上去自相矛盾?!闭撐墓餐谝蛔髡?、南京大學(xué)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(dá)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(xué)測量,制冷機上必須安裝透光窗戶,這又很容易導(dǎo)致實驗溫度上升,機器振動也會影響光學(xué)測量的精度。
團隊花費3年多的時間,在南京大學(xué)校園內(nèi)自主設(shè)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’。”杜靈杰說,經(jīng)測試,該裝置的多項測量參數(shù)達(dá)到世界領(lǐng)先水平。
依靠這一利器,團隊成功在砷化鎵半導(dǎo)體量子阱中觀察到分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)引力子,并分別從自旋、動量、能量三個角度確認(rèn)了相關(guān)實驗證據(jù)。
“這是引力子概念自二十世紀(jì)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(lǐng)域的新發(fā)現(xiàn)。”