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“特殊望遠(yuǎn)鏡”在世界上首次觀察到引力子激發(fā)

發(fā)布時(shí)間:2024-03-29 14:41:00來源: 科技日報(bào)

  記者28日從南京大學(xué)獲悉,由該校物理學(xué)院杜靈杰教授領(lǐng)銜的國際團(tuán)隊(duì)利用極端條件下的偏振光散射技術(shù),在砷化鎵量子阱中對分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)的集體激發(fā)進(jìn)行了測量,在世界上首次觀察到引力子激發(fā),即引力子在凝聚態(tài)物質(zhì)中的新奇準(zhǔn)粒子。相關(guān)研究成果3月28日在線發(fā)表于《自然》雜志。

  引力子的研究,一直是物理學(xué)研究的終極問題之一。近年來,有理論物理學(xué)家提出,分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)中可能存在著引力子激發(fā),也被稱為分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)引力子。

  “引力子激發(fā)是凝聚態(tài)物質(zhì)中的一種準(zhǔn)粒子或者集體激發(fā)現(xiàn)象,它具有引力子特征,但不是一種真正的粒子?!倍澎`杰告訴科技日報(bào)記者,引力子激發(fā)作為分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)幾何理論的重要結(jié)論,對凝聚態(tài)物理研究有著非常重要的意義。但遺憾的是,分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)引力子,像是個(gè)謎一樣的存在,人們此前一直沒有發(fā)現(xiàn)。

  2019年,杜靈杰團(tuán)隊(duì)在分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)中發(fā)現(xiàn)了一種新的集體激發(fā),這一結(jié)果隨即被理論物理學(xué)家認(rèn)為可能是分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)引力子,并提出了檢測該引力子的關(guān)鍵自旋測量方案。

  尋找分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)引力子,成為杜靈杰團(tuán)隊(duì)新的目標(biāo)。他們花費(fèi)3年多時(shí)間,在南京大學(xué)自主設(shè)計(jì)、組裝了一臺極低溫強(qiáng)磁場共振非彈性偏振光散射系統(tǒng)。該系統(tǒng)像一個(gè)特殊的“望遠(yuǎn)鏡”,有兩層樓高,可以在零下273.1攝氏度下,捕捉到最低達(dá)10G赫茲的微弱激發(fā)現(xiàn)象,并判斷其自旋。

  “依靠這一利器,我們在砷化鎵半導(dǎo)體量子阱中成功觀測到分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)引力子。團(tuán)隊(duì)通過共振非彈性光散射,測量到了最低能量長波集體激發(fā),并通過改變?nèi)肷浜蜕⑸涔獾淖孕?,觀察到該激發(fā)具有自旋2的特性?!倍澎`杰說,這些結(jié)果從自旋、動量和能量角度充分提供了引力子激發(fā)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。這些發(fā)現(xiàn),是引力子這一概念被提出以來,首次在實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)具有引力子特征的準(zhǔn)粒子。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為在凝聚態(tài)系統(tǒng)中研究量子引力相關(guān)物理開辟了新的視野,為拓?fù)淞孔佑?jì)算的分?jǐn)?shù)態(tài)波函數(shù)驗(yàn)證奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ),開辟了拓?fù)潢P(guān)聯(lián)物態(tài)幾何效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究的新方向。(記者金鳳)

(責(zé)編:李雨潼)

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