訪談實(shí)錄
最近我們關(guān)注到南京大學(xué)物理學(xué)院的杜靈杰教授團(tuán)隊在《自然》上發(fā)表了一篇文章，說發(fā)現(xiàn)了引力子特征的準(zhǔn)粒子。這個（研究）引發(fā)了網(wǎng)友的熱議。網(wǎng)絡(luò)上有一種說法，說這項成果有可能成為預(yù)定諾獎的成果，發(fā)現(xiàn)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(xué)物理學(xué)院杜靈杰教授，還有新加坡南洋理工大學(xué)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(guān)注到您在《自然》上發(fā)表了一篇文章，發(fā)現(xiàn)了引力子特征的準(zhǔn)粒子。那么這個發(fā)現(xiàn)和引力子之間有什么關(guān)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(shí)是在一個真實(shí)的系統(tǒng)中揭示了引力子物理的現(xiàn)象。我們這一發(fā)現(xiàn)和（發(fā)現(xiàn)）引力子比，打個比方吧，可能就像紙飛機(jī)和噴氣式飛機(jī)的差距。引力子的研究是物理學(xué)的終極問題之一，如果發(fā)現(xiàn)引力子，那將是驗證大統(tǒng)一理論的關(guān)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(fā)現(xiàn)引力子可能還有特別長的路要走。那么楊教授，針對網(wǎng)上說，這項成果有可能成為預(yù)定諾獎的成果，還有發(fā)現(xiàn)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(fā)，在實(shí)驗上非常困難。因為我們知道在二維電子氣里面實(shí)現(xiàn)分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)已經(jīng)是非常難的一個實(shí)驗了，對超低溫、強(qiáng)磁場跟高質(zhì)量的樣品都有非常高的要求。然后杜老師他們的團(tuán)隊能夠在這么苛刻的條件下還能夠精確地去實(shí)現(xiàn)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(zhuǎn)偏振光去捕捉所謂引力子激發(fā)的信號，真的非常不容易。因為在分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)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(fā)態(tài)的能量相當(dāng)，所以在很長一段時間內(nèi)覺得在實(shí)驗上是非常難以看到的。所以杜老師他們這個工作在實(shí)驗技術(shù)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(guān)于媒體的這個說法，是不是可以預(yù)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(lǐng)域的話，一些很嚴(yán)肅很重要的工作，其實(shí)我們不會一開始去貼一個標(biāo)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(shù)的例子以外，大部分諾獎的工作都需要經(jīng)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(shí)用性方面有一個全面的了解。所以目前來講，我們應(yīng)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(fā)現(xiàn)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?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)中觀察到的引力子模，這一實(shí)驗結(jié)果是首次在一個真實(shí)系統(tǒng)中觀察到具有引力子特征的一個集體激發(fā)。那這項研究呢，它可以為在凝聚態(tài)系統(tǒng)中探索量子引力相關(guān)的物理開辟路徑。并且我們這個研究對于凝聚態(tài)物理來說，本身也很重要。它可以為分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)全新的幾何解釋提供直接的實(shí)驗證據(jù)，開辟了在關(guān)聯(lián)物態(tài)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(dāng)時就是說花了將近三年時間，在南京大學(xué)這邊我們就自主設(shè)計，然后組裝了一臺根植于稀釋制冷技術(shù)的這種極低溫、強(qiáng)磁場的這么一臺共振非彈性偏振光散射系統(tǒng)。其實(shí)它也是一臺類似于拉曼系統(tǒng)（的實(shí)驗平臺）。這個系統(tǒng)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(dá)到10G赫茲的微弱激發(fā)，并且判斷其自旋。我當(dāng)時想做這個實(shí)驗的時候，國內(nèi)外其實(shí)并沒有滿足這種測量要求的設(shè)備。這個實(shí)驗對設(shè)備的要求也非常高，所以我們當(dāng)時花了很長的時間去進(jìn)行設(shè)計，并且解決這一系列的困難。
這個研究其實(shí)也是一波三折。因為我們的樣品來自國外的合作者，但當(dāng)初樣品進(jìn)出海關(guān)的時候差點(diǎn)被扔掉。當(dāng)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(dān)保，這才保住了我們的實(shí)驗樣品，也才有了后面的一系列的實(shí)驗。而在后面的實(shí)驗過程中，其實(shí)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?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)中的引力子模，其根據(jù)理論最明顯的特征其實(shí)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(dāng)時也是這么認(rèn)為的。在前期的實(shí)驗中主要關(guān)注的是自旋特征，但其實(shí)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(fā)就一定是引力子模呢？當(dāng)時一下子把我給問住了。就是我記得當(dāng)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(fā)表。
主持人：這項成果目前已經(jīng)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(tài)它是一個非常有意思的學(xué)科領(lǐng)域，它的研究范圍也很廣。比如近年來人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)很多新奇的粒子在凝聚態(tài)系統(tǒng)中都存在著具有類似物理性質(zhì)的對應(yīng)。這樣人們可以利用相對小巧的凝聚態(tài)實(shí)驗平臺來研究高深的粒子物理。那未來呢，我打算繼續(xù)圍繞分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)中的引力子模繼續(xù)（深入）展開（一些）系統(tǒng)的研究工作。
主持人：凝聚態(tài)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(xué)獎。那么就是，為什么國內(nèi)還有國際上有這么多科學(xué)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(tài)物理其實(shí)是一個非常廣的一個物理的一個分支。因為它其實(shí)下面有很多分支。通俗來講，凝聚態(tài)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(xué)也好，冶金學(xué)也好，彈性力學(xué)、磁學(xué)到現(xiàn)在都被歸納到凝聚態(tài)物理里面。因為它有一套非常統(tǒng)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(tǒng)。
然后從另外一個方面來講，就是凝聚態(tài)物理、化學(xué)、材料學(xué)等其他的學(xué)科也有非常緊密的聯(lián)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(tài)物理學(xué)的科學(xué)家應(yīng)該確實(shí)是在所有物理學(xué)大分支里面是最多的。因為它其實(shí)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(tài)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(tǒng)之一，比如說像超導(dǎo)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(dǎo)到底是怎么一個機(jī)制。但超導(dǎo)體跟我們平常日常關(guān)系的相關(guān)度還算是比較高的。比如說我們知道在核磁共振里面超導(dǎo)體已經(jīng)得到了比較大的一個應(yīng)用。甚至在我們現(xiàn)在的手機(jī)里面超導(dǎo)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(xué)科來比的話，可能它也是一個比較接地氣的一個學(xué)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(xué)家有更多的原創(chuàng)性貢獻(xiàn)。今天的節(jié)目就到這里，感謝大家的關(guān)注。關(guān)注科技日報，了解更多精彩內(nèi)容。我們下期再見。
