全球首次觀測到引力子激發，中國科學家領銜！

3月28日，記者從南京大學獲悉，該校物理學院杜靈傑教授領銜的國際團隊利用極端條件下的偏振光散射技術，在砷化鎵量子阱中對分數量子霍爾效應的集體激發進行了測量，在世界上首次觀察到引力子激發，即引力子在凝聚態物質中的新奇準粒子。相關研究發表於3月28日的國際學術期刊《自然》。

圓偏振光測量引力子激發。圖片來源：南京大學

引力子的研究，一直是物理學研究的終極問題之一。近年來，有理論物理學家提出，分數量子霍爾效應中可能存在着引力子激發，也被稱為分數量子霍爾效應引力子。

“引力子激發是凝聚態物質中的一種準粒子或者集體激發現象，它具有引力子特徵，但不是一種真正的粒子。”論文的通訊作者、南大教授杜靈傑告訴科技日報記者，引力子激發作為分數量子霍爾效應幾何理論的重要結論，對凝聚態物理有着非常重要的意義。但遺憾的是，分數量子霍爾效應引力子，像是一個謎一樣的存在，人們此前一直沒有發現。

2019年，杜靈傑團隊在分數量子霍爾效應中發現了一種新的集體激發，這一結果隨即被理論物理學家們認為可能是分數量子霍爾效應引力子，並提出了檢測該引力子的關鍵自旋測量方案。

尋找分數量子霍爾效應引力子，成為杜靈傑團隊新的目標。他們花費3年多時間，在南大自主設計、組裝了一台極低温強磁場共振非彈性偏振光散射系統。該系統像一個特殊的“望遠鏡”，有兩層樓高，可以在零下273.1攝氏度下，捕捉到最低達10G赫茲的微弱激發現象，並判斷其自旋。

“依靠這一利器，我們在砷化鎵半導體量子阱中成功觀測到分數量子霍爾效應引力子。團隊通過共振非彈性光散射，測量到了最低能量長波集體激發，並通過改變入射和散射光的自旋，觀察到該激發具有自旋2的特性。”杜靈傑説，這些結果從自旋、動量和能量角度充分提供了引力子激發的實驗證據。這些發現，是引力子這一概念被提出以來，首次在實驗上發現具有引力子特徵的準粒子。實驗結果為在凝聚態系統中研究量子引力相關物理開闢了新的視野，為拓撲量子計算的分數態波函數驗證奠定了實驗基礎，開闢了拓撲關聯物態幾何效應實驗研究的新方向。

（科技日報記者 金鳳）