杜靈杰：首次為引力子“畫(huà)像”的科學(xué)家
更新時(shí)間：2025/5/16 13:38:14 來(lái)源：新華社
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社會(huì)新聞
4月30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(huà)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(ài)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(lái)，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(kāi)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”�！拔覀兩钪械墓腆w、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(shuō)，“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�！�
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(lái)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，杜靈杰的研究方向并不是引力子。2019年上半年，他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，告別國(guó)外的合作者，也告別國(guó)外完善的實(shí)驗(yàn)環(huán)境�；貒�(guó)后的杜靈杰，面對(duì)的是一張白紙，他必須從零起步，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�！�2022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(wèn)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？
就好比黑夜里的一瞬亮光，憑什么說(shuō)那有一個(gè)人擦亮了火柴，也許是一只螢火蟲(chóng)。
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。
夏日的圣塞巴斯蒂安號(hào)稱擁有“歐洲最美沙灘”，但杜靈杰毫無(wú)心情欣賞�！爸桓杏X(jué)眼前都是烏云�！彼]關(guān)想了很久，“越是重大成果，越要無(wú)懈可擊，作為科研人員，我們必須正視問(wèn)題，實(shí)事求是，小心求證�！�
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(wèn)題。
“很多看似‘無(wú)心插柳’的突破，本質(zhì)上源于‘從0到1’的原始創(chuàng)新�！彼锌馈�
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(tīng)到臺(tái)下的掌聲，杜靈杰明白，這幅為引力子所作的“畫(huà)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(shuō)：“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。”
新華社南京5月16日電
新華社記者陳席元
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4月30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(huà)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(ài)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(lái)，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(kāi)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”�！拔覀兩钪械墓腆w、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(shuō)，“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‘引力子模’或引力子激發(fā)，就像寧?kù)o的湖面上突然激起不可勝數(shù)的漣漪�！�
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在海外留學(xué)期間，杜靈杰的研究方向并不是引力子。2019年上半年，他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，告別國(guó)外的合作者，也告別國(guó)外完善的實(shí)驗(yàn)環(huán)境�；貒�(guó)后的杜靈杰，面對(duì)的是一張白紙，他必須從零起步，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。
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夏日的圣塞巴斯蒂安號(hào)稱擁有“歐洲最美沙灘”，但杜靈杰毫無(wú)心情欣賞�！爸桓杏X(jué)眼前都是烏云�！彼]關(guān)想了很久，“越是重大成果，越要無(wú)懈可擊，作為科研人員，我們必須正視問(wèn)題，實(shí)事求是，小心求證。”
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(wèn)題。
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聽(tīng)到臺(tái)下的掌聲，杜靈杰明白，這幅為引力子所作的“畫(huà)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(shuō)：“當(dāng)初選擇出國(guó)，就是為了有朝一日回國(guó)效力。現(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�！�
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