訪談實錄

最近我們關注到南京大學物理學院的杜靈杰教授團隊在《自然》上發表了一篇文章，說發現了引力子特征的準粒子。這個（研究）引發了網友的熱議。網絡上有一種說法，說這項成果有可能成為預定諾獎的成果，發現了引力子的“投影”。

那這項成果到底有什么影響呢？今天我們就邀請到了南京大學物理學院杜靈杰教授，還有新加坡南洋理工大學物理系的楊波教授，請他們和大家一起聊一聊。

主持人：杜老師您好！最近我們關注到您在《自然》上發表了一篇文章，發現了引力子特征的準粒子。那么這個發現和引力子之間有什么關系嗎？

杜靈杰：首先我們的工作并沒有觀察到真正的大家一般意義上的引力子，但確實是在一個真實的系統中揭示了引力子物理的現象。我們這一發現和（發現）引力子比，打個比方吧，可能就像紙飛機和噴氣式飛機的差距。引力子的研究是物理學的終極問題之一，如果發現引力子，那將是驗證大統一理論的關鍵，這個影響將超乎想象。

主持人：好的，剛才杜老師說，這項研究距離真正地發現引力子可能還有特別長的路要走。那么楊教授，針對網上說，這項成果有可能成為預定諾獎的成果，還有發現了引力子的“投影”，您怎么看這個事情？

楊波：首先我可以講一下，就是杜老師的這個工作就是從難度來講或者重要性來講，肯定是毋庸置疑的。因為他們在這個二維電子氣里面看到了這樣一個非常有意思的一種激發，在實驗上非常困難。因為我們知道在二維電子氣里面實現分數量子霍爾效應已經是非常難的一個實驗了，對超低溫、強磁場跟高質量的樣品都有非常高的要求。然后杜老師他們的團隊能夠在這么苛刻的條件下還能夠精確地去實現光子和電子液體的耦合和測量，特別是他們用的是一種旋轉偏振光去捕捉所謂引力子激發的信號，真的非常不容易。因為在分數量子霍爾效應里面，引力子這個概念和理論大概十幾年前就提出來過了，因為它的能量和很多其他激發態的能量相當，所以在很長一段時間內覺得在實驗上是非常難以看到的。所以杜老師他們這個工作在實驗技術上也好，或者對驗證理論上來講，也是非常大的一個突破。

你剛才講的就關于媒體的這個說法，是不是可以預定諾獎什么的，我（覺得）這可能還是一個比較抓眼球的一種說法。因為在我們領域的話，一些很嚴肅很重要的工作，其實我們不會一開始去貼一個標簽說是什么級別，或者諾獎級別的一個工作。因為我們知道，除了一些非常少數的例子以外，大部分諾獎的工作都需要經過十幾年甚至幾十年的沉淀，才能對它的重要性和影響性有一個比較全面的了解，甚至它實用性方面有一個全面的了解。所以目前來講，我們應該還是要祝賀一下杜老師這個非常重要的工作，然后讓我們拭目以待吧。

主持人：杜老師，剛才您也提到了就說目前的研究成果可能距離真正地發現引力子還有特別長的路要走，那么您目前的這項研究有哪些意義和作用呢？

杜靈杰：我們在這個分數量子霍爾效應中觀察到的引力子模，這一實驗結果是首次在一個真實系統中觀察到具有引力子特征的一個集體激發。那這項研究呢，它可以為在凝聚態系統中探索量子引力相關的物理開辟路徑。并且我們這個研究對于凝聚態物理來說，本身也很重要。它可以為分數量子霍爾效應全新的幾何解釋提供直接的實驗證據，開辟了在關聯物態量子幾何研究中的一個新方向。

主持人：剛才兩位老師分別介紹了這項成果的影響，還有意義。那么大家也可能比較好奇，就是杜老師，您在研究的過程中有什么比較難忘的事情可以和大家分享一下嗎？

杜靈杰：是這樣，我們當時就是說花了將近三年時間，在南京大學這邊我們就自主設計，然后組裝了一臺根植于稀釋制冷技術的這種極低溫、強磁場的這么一臺共振非彈性偏振光散射系統。其實它也是一臺類似于拉曼系統（的實驗平臺）。這個系統大概有兩層樓高，它可以把樣品（冷卻到）零下273.1攝氏度，捕捉到最低達到10G赫茲的微弱激發，并且判斷其自旋。我當時想做這個實驗的時候，國內外其實并沒有滿足這種測量要求的設備。這個實驗對設備的要求也非常高，所以我們當時花了很長的時間去進行設計，并且解決這一系列的困難。

這個研究其實也是一波三折。因為我們的樣品來自國外的合作者，但當初樣品進出海關的時候差點被扔掉。當時我正好在外地出差，急得我連夜回到了南京，立刻寫申請擔保，這才保住了我們的實驗樣品，也才有了后面的一系列的實驗。而在后面的實驗過程中，其實我們也走了很多的彎路。由于思維定勢的一些限制，我們的研究對象是分數量子霍爾效應中的引力子模，其根據理論最明顯的特征其實就是自旋為2。這也是很多時候媒體在說的事情，所以我們當時也是這么認為的。在前期的實驗中主要關注的是自旋特征，但其實自旋2并不代表就一定是引力子模，引力子模的特征能量同樣重要。但這也是到后來我才意識到的。

我還記得是2023年7月份的時候，在西班牙參加一個國際會議的時候，有一位非常資深的專家問了我一個問題。他說你怎么知道自旋為2的激發就一定是引力子模呢？當時一下子把我給問住了。就是我記得當時那個星期我過得很痛苦，為了回答這個問題，因為我自己也想搞明白這個事情。但有的時候思維定勢的改變是很困難的。后來過了一兩個月，最終我才想到我們可以通過特征能量的方式證明引力子模。這最終也讓論文順利發表。

主持人：這項成果目前已經取得了一個階段性的突破。那么，接下來杜老師您有什么新的研究計劃嗎？

杜靈杰：我個人覺得凝聚態它是一個非常有意思的學科領域，它的研究范圍也很廣。比如近年來人們已經發現很多新奇的粒子在凝聚態系統中都存在著具有類似物理性質的對應。這樣人們可以利用相對小巧的凝聚態實驗平臺來研究高深的粒子物理。那未來呢，我打算繼續圍繞分數量子霍爾效應中的引力子模繼續（深入）展開（一些）系統的研究工作。

主持人：凝聚態物理研究在過去40多年可以說誕生了很多成果。就比如說諾獎，還有中國的國家自然科學獎。那么就是，為什么國內還有國際上有這么多科學家都朝這個方向去研究呢？您能給我們分享一下嗎？

楊波：主要的原因可能還是因為凝聚態物理其實是一個非常廣的一個物理的一個分支。因為它其實下面有很多分支。通俗來講，凝聚態物理是研究對各種物體跟各種液體的研究。我還特意查過一下，就是在以前，就是比如說五六十年前甚至更早的時候的各個分支，比如說像晶體學也好，冶金學也好，彈性力學、磁學到現在都被歸納到凝聚態物理里面。因為它有一套非常統一的思想去研究這一類固體，甚至是固體跟液體這樣一些系統。

然后從另外一個方面來講，就是凝聚態物理、化學、材料學等其他的學科也有非常緊密的聯系。所以不管是中國也好，或者是國外很多其他國家來講，從事凝聚態物理學的科學家應該確實是在所有物理學大分支里面是最多的。因為它其實包含的面也就是非常的廣。然后另外一個角度可能也就是，說凝聚態物理雖然它里面有非常抽象，也非常高深的理論，但它總的來說在很多方面也會比較接地氣吧。比如說一些最有意思的系統之一，比如說像超導體，可以說是非常抽象的一套理論，大家也花了很多的時間去理解超導到底是怎么一個機制。但超導體跟我們平常日常關系的相關度還算是比較高的。比如說我們知道在核磁共振里面超導體已經得到了比較大的一個應用。甚至在我們現在的手機里面超導體也是扮演著重要的角色，可以讓我們把一個很大的一個裝置縮小到一個很小的一個裝置。所以跟其他學科來比的話，可能它也是一個比較接地氣的一個學科一個分支吧。

主持人：好的，感謝兩位老師的精彩分享。我們也希望中國的科學家有更多的原創性貢獻。今天的節目就到這里，感謝大家的關注。關注科技日報，了解更多精彩內容。我們下期再見。