南京大学国际科研团队首次在实验中观察到引力子投影

据南京大学消息，南京大学物理学院杜凌杰教授领导的国际研究团队在量子物理领域取得重大进展，首次观测到引力子在凝聚态物质中的“投影”。相关论文于28日在线发表在国际学术期刊《自然》上。

杜凌杰介绍，引力子对应引力波，后者已被实验证实，而引力子尚未被直接观测到。“引力子是广义相对论和量子力学理论相结合的产物。如果我们能够证实这种神秘粒子的存在，可能有助于实现两种理论的统一，这对当代物理学具有重要意义。”

他说，近年来，有一种理论预言认为凝聚态物质中可能存在一种“分数量子霍尔效应引力子”，由于其行为规律相似，被形象地称为引力子的“投影”。

5年前，杜凌杰团队在分数量子霍尔效应中发现了一种新的集体激发现象。理论物理学界认为这可能是分数量子霍尔效应引力子存在的证据，并提出了实验方案。

“但当时国内外都没有满足实验要求的测量设备。因为这个实验对设备的要求极高，看起来很矛盾。”论文共同第一作者、南京大学博士生梁杰辉表示，一方面，实验需要极低的温度和强磁场——温度仅比绝对零度高约0.05摄氏度，磁场强度要达到地球平均磁场的10万倍以上。虽然这两个条件可以通过专门的冰箱来实现，但另一方面，为了进行光学测量，必须在冰箱上安装透光窗口，这容易导致实验温度升高，并且机器振动也会影响光学测量的精度。

团队花了三年多的时间在南京大学校园内独立设计、集成和组装了一个实验装置。“你可以把它想象成一个两层楼高的“显微镜”。“杜凌杰说，经过测试，该装置的多项测量参数均达到世界领先水平。

依托这一武器，研究团队在GaAs半导体量子阱中成功观测到分数量子霍尔效应引力子，并从自旋、动量和能量三个方面证实了相关实验证据。

“这是引力子概念自20世纪30年代提出以来首次在实验中观察到。”杜凌杰说，团队将继续深入研究引力子的物理世界，“期待这台‘显微镜’在量子前沿领域给我们带来更多新发现。”

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