近日,，榮獲2025年度中國(guó)青年五四獎(jiǎng)?wù)碌哪暇┐髮W(xué)物理學(xué)院教授杜靈杰剛從北京回到南京,，就一頭扎進(jìn)他在南京大學(xué)鼓樓校區(qū)唐仲英樓的量子極端測(cè)量實(shí)驗(yàn)室。去年3月,，他和團(tuán)隊(duì)在人類歷史上第一次為引力子“畫像”,，那篇發(fā)表在國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》上的論文，就在這里誕生,。
愛因斯坦曾基于廣義相對(duì)論提出,，劇烈的天體活動(dòng)會(huì)帶動(dòng)周圍的時(shí)空產(chǎn)生波動(dòng)，也就是引力波,。近年來,，隨著引力波被多座國(guó)際大科學(xué)裝置探測(cè)證實(shí)，這一概念已為大眾熟知,。引力子源于廣義相對(duì)論與量子力學(xué)的交叉領(lǐng)域,，不少理論物理學(xué)者認(rèn)為，如果引力子確實(shí)存在,，意味著廣義相對(duì)論和量子力學(xué)能夠被統(tǒng)一,，人類文明將翻開新的一頁(yè)。
杜靈杰研究的,，就是凝聚態(tài)系統(tǒng)中的“分?jǐn)?shù)量子霍爾引力子”,。“我們生活中的固體,、液體,，都屬于凝聚態(tài)。理論推測(cè),，‘分?jǐn)?shù)量子霍爾液體’這種凝聚態(tài)物質(zhì)中,，引力子可能以準(zhǔn)粒子的形式涌現(xiàn)?！倍澎`杰說,，“這種‘分?jǐn)?shù)量子霍爾引力子’表現(xiàn)為集體模式激發(fā)，也稱為‘引力子?！蛞ψ蛹ぐl(fā)，就像寧?kù)o的湖面上突然激起不可勝數(shù)的漣漪,?！?/p>
引力波探測(cè)器動(dòng)輒數(shù)公里長(zhǎng),，研究的是黑洞合并等宏觀事件。相比之下,，杜靈杰用來尋找“分?jǐn)?shù)量子霍爾引力子”的實(shí)驗(yàn)裝置只有兩層樓高,，而且研究的是逼近絕對(duì)零度的微觀世界，正如古語(yǔ)所言,，致廣大而盡精微,。
在海外留學(xué)期間，杜靈杰意外觀察到一種全新的光學(xué)集體激發(fā),。理論物理學(xué)界認(rèn)為,，這可能就是他們一直在尋找的“分?jǐn)?shù)量子霍爾引力子”。但測(cè)量方案要求,，實(shí)驗(yàn)溫度不能高于零下273.1℃,。換言之，儀器設(shè)備與絕對(duì)零度的溫差,，必須控制在0.05℃以內(nèi),。
彼時(shí)，杜靈杰已經(jīng)確定回母校南大任教,， 他面對(duì)的是一張白紙,，必須從零起步，自主搭建實(shí)驗(yàn)設(shè)備,。
獲取實(shí)驗(yàn)必需的液氮殊為不易，杜靈杰被迫改變技術(shù)路線,；南方潮濕的環(huán)境會(huì)折損激光效果，他和團(tuán)隊(duì)只能反復(fù)調(diào)試……轉(zhuǎn)眼就是三年,。
沖刺的時(shí)候到了?！?022年12月17日，我把自己關(guān)在房間里,，回顧了所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，當(dāng)天下午,，我找到了那個(gè)最有可能是引力子激發(fā)的微弱信號(hào),?！备鶕?jù)這個(gè)信號(hào),，杜靈杰和團(tuán)隊(duì)最終如愿測(cè)量到自旋為2的引力子激發(fā)?！按蠹液芘d奮，很快把論文投給了《自然》,。”
面對(duì)如此重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn),，審稿專家謹(jǐn)慎地提出，需要更具決定性的實(shí)驗(yàn)證據(jù),。杜靈杰回憶，2023年7月,，在西班牙圣塞巴斯蒂安舉行的一場(chǎng)國(guó)際會(huì)議上，曾有權(quán)威物理學(xué)者問他：引力子激發(fā)的自旋為2,，那是不是所有自旋為2的激發(fā)，都是這種引力子呢,？
物理學(xué)界的謹(jǐn)慎有其原因,，當(dāng)時(shí)國(guó)外曝光了多起所謂“科學(xué)大發(fā)現(xiàn)”,，均被迅速證偽,。
杜靈杰閉關(guān)想了很久,，“越是重大成果,，越要無懈可擊,，作為科研人員,，我們必須正視問題,，實(shí)事求是，小心求證,?！?/p>
但要獲得決定性的證據(jù),，就得設(shè)計(jì)新實(shí)驗(yàn),，以測(cè)得動(dòng)量更小的激發(fā),。
正當(dāng)杜靈杰為又要升級(jí)設(shè)備犯愁時(shí),，他忽然發(fā)現(xiàn),，與國(guó)外同仁的液氮路線相比,，回國(guó)后自主搭建的設(shè)備,，恰好規(guī)避了液氮的短板,，稍加改進(jìn)就能解決問題,?！昂芏嗫此啤疅o心插柳’的突破，本質(zhì)上源于‘從0到1’的原始創(chuàng)新,?！彼锌?。
2024年1月,，杜靈杰再度受邀參加低溫物理國(guó)際會(huì)議,。這次，他展示了在砷化鎵量子阱中觀察到的新證據(jù),，從自旋、動(dòng)量,、能量三個(gè)角度，充分回應(yīng)了此前的質(zhì)疑,。
聽到臺(tái)下的掌聲,，杜靈杰明白,，這幅為引力子所作的“畫像”，已得到與會(huì)專家的普遍認(rèn)可,。這一成果在《自然》發(fā)表后,，還入選了2024年度“中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展”和“兩院院士評(píng)選2024年中國(guó)十大科技進(jìn)展新聞”,。
目前，在量子極端測(cè)量實(shí)驗(yàn)室,，這支平均年齡只有25歲的青年師生團(tuán)隊(duì)正向一種新的量子物態(tài)發(fā)起攻堅(jiān)，如果成功,，將為實(shí)現(xiàn)拓?fù)淞孔佑?jì)算掃除關(guān)鍵障礙。
回顧自己的科研歷程,，杜靈杰說：“當(dāng)初選擇出國(guó),，就是為了有朝一日回國(guó)效力?，F(xiàn)在我們應(yīng)當(dāng)瞄準(zhǔn)最前沿,、引領(lǐng)新方向，努力拿出新成果,，拓展認(rèn)知邊界、推動(dòng)學(xué)科突破,?！?/p>
