我國科學(xué)家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)院杜靈杰教授團(tuán)隊在量子物理領(lǐng)域取得重要進(jìn)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日發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》上。
杜靈杰介紹,引力子和引力波對應(yīng),后者已被實驗所證實,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,對當(dāng)代物理學(xué)意義重大!
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”。
早在2019年,杜靈杰團(tuán)隊就在分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)中發(fā)現(xiàn)了一種新的集體激發(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!闭撐墓餐谝蛔髡摺⒛暇┐髮W(xué)博士生梁杰輝表示,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(jī)實現(xiàn);但另一方面,為了開展光學(xué)測量,制冷機(jī)上必須安裝透光窗戶,這又易導(dǎo)致實驗溫度上升,而機(jī)器振動也會影響光學(xué)測量精度。
因此杜靈杰帶領(lǐng)團(tuán)隊,花費數(shù)年時間,在南京大學(xué)自主設(shè)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’!倍澎`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(tuán)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)。
據(jù)介紹,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”,該發(fā)現(xiàn)對理解全新的關(guān)聯(lián)量子物理以及實現(xiàn)拓?fù)淞孔佑嬎銠C(jī)的運行具有重要意義。(記者蘇雁、杜倩)
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