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
社會(huì )新聞
4月30日，榮獲2025年度中國青年五四獎?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)鼓樓校區唐仲英樓的量子極端測量實(shí)驗室。去年3月，他和團隊在人類(lèi)歷史上第一次為引力子“畫(huà)像”，那篇發(fā)表在國際權威學(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論提出，劇烈的天體活動(dòng)會(huì )帶動(dòng)周?chē)臅r(shí)空產(chǎn)生波動(dòng)，也就是引力波。近年來(lái)，隨著(zhù)引力波被多座國際大科學(xué)裝置探測證實(shí)，這一概念已為大眾熟知。引力子源于廣義相對論與量子力學(xué)的交叉領(lǐng)域，不少理論物理學(xué)者認為，如果引力子確實(shí)存在，意味著(zhù)廣義相對論和量子力學(xué)能夠被統一，人類(lèi)文明將翻開(kāi)新的一頁(yè)。
杜靈杰研究的，就是凝聚態(tài)系統中的“分數量子霍爾引力子”�！拔覀兩钪械墓腆w、液體，都屬于凝聚態(tài)。理論推測，‘分數量子霍爾液體’這種凝聚態(tài)物質(zhì)中，引力子可能以準粒子的形式涌現�！倍澎`杰說(shuō)，“這種‘分數量子霍爾引力子’表現為集體模式激發(fā)，也稱(chēng)為‘引力子�！蛞ψ蛹ぐl(fā)，就像寧靜的湖面上突然激起不可勝數的漣漪�！�
引力波探測器動(dòng)輒數公里長(cháng)，研究的是黑洞合并等宏觀(guān)事件。相比之下，杜靈杰用來(lái)尋找“分數量子霍爾引力子”的實(shí)驗裝置只有兩層樓高，而且研究的是逼近絕對零度的微觀(guān)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(guān)察到一種全新的光學(xué)集體激發(fā)。理論物理學(xué)界認為，這可能就是他們一直在尋找的“分數量子霍爾引力子”。但測量方案要求，實(shí)驗溫度不能高于零下273.1℃。換言之，儀器設備與絕對零度的溫差，必須控制在0.05℃以?xún)取?/P>
彼時(shí)，杜靈杰已經(jīng)確定回母校南大任教，告別國外的合作者，也告別國外完善的實(shí)驗環(huán)境�；貒蟮亩澎`杰，面對的是一張白紙，他必須從零起步，自主搭建實(shí)驗設備。
獲取實(shí)驗必需的液氮殊為不易，杜靈杰被迫改變技術(shù)路線(xiàn)；南方潮濕的環(huán)境會(huì )折損激光效果，他和團隊只能反復調試……轉眼就是三年。
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)驗數據，當天下午，我找到了那個(gè)最有可能是引力子激發(fā)的微弱信號�！备鶕@個(gè)信號，杜靈杰和團隊最終如愿測量到自旋為2的引力子激發(fā)�！按蠹液芘d奮，很快把論文投給了《自然》�！�
面對如此重大的科學(xué)發(fā)現，審稿專(zhuān)家謹慎地提出，需要更具決定性的實(shí)驗證據。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)國際會(huì )議上，曾有權威物理學(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)界的謹慎有其原因，當時(shí)國外曝光了多起所謂“科學(xué)大發(fā)現”，均被迅速證偽。
夏日的圣塞巴斯蒂安號稱(chēng)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，就得設計新實(shí)驗，以測得動(dòng)量更小的激發(fā)。
正當杜靈杰為又要升級設備犯愁時(shí)，他忽然發(fā)現，與國外同仁的液氮路線(xiàn)相比，回國后自主搭建的設備，恰好規避了液氮的短板，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�。
2024年1月，杜靈杰再度受邀參加低溫物理國際會(huì )議。這次，他展示了在砷化鎵量子阱中觀(guān)察到的新證據，從自旋、動(dòng)量、能量三個(gè)角度，充分回應了此前的質(zhì)疑。
聽(tīng)到臺下的掌聲，杜靈杰明白，這幅為引力子所作的“畫(huà)像”，已得到與會(huì )專(zhuān)家的普遍認可。這一成果在《自然》發(fā)表后，還入選了2024年度“中國科學(xué)十大進(jìn)展”和“兩院院士評選2024年中國十大科技進(jìn)展新聞”。
目前，在量子極端測量實(shí)驗室，這支平均年齡只有25歲的青年師生團隊正向一種新的量子物態(tài)發(fā)起攻堅，如果成功，將為實(shí)現拓撲量子計算掃除關(guān)鍵障礙。
回顧自己的科研歷程，杜靈杰說(shuō)：“當初選擇出國，就是為了有朝一日回國效力�，F在我們應當瞄準最前沿、引領(lǐng)新方向，努力拿出新成果，拓展認知邊界、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年度中國青年五四獎?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)鼓樓校區唐仲英樓的量子極端測量實(shí)驗室。去年3月，他和團隊在人類(lèi)歷史上第一次為引力子“畫(huà)像”，那篇發(fā)表在國際權威學(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論提出，劇烈的天體活動(dòng)會(huì )帶動(dòng)周?chē)臅r(shí)空產(chǎn)生波動(dòng)，也就是引力波。近年來(lái)，隨著(zhù)引力波被多座國際大科學(xué)裝置探測證實(shí)，這一概念已為大眾熟知。引力子源于廣義相對論與量子力學(xué)的交叉領(lǐng)域，不少理論物理學(xué)者認為，如果引力子確實(shí)存在，意味著(zhù)廣義相對論和量子力學(xué)能夠被統一，人類(lèi)文明將翻開(kāi)新的一頁(yè)。
杜靈杰研究的，就是凝聚態(tài)系統中的“分數量子霍爾引力子”�！拔覀兩钪械墓腆w、液體，都屬于凝聚態(tài)。理論推測，‘分數量子霍爾液體’這種凝聚態(tài)物質(zhì)中，引力子可能以準粒子的形式涌現�！倍澎`杰說(shuō)，“這種‘分數量子霍爾引力子’表現為集體模式激發(fā)，也稱(chēng)為‘引力子�！蛞ψ蛹ぐl(fā)，就像寧靜的湖面上突然激起不可勝數的漣漪�！�
引力波探測器動(dòng)輒數公里長(cháng)，研究的是黑洞合并等宏觀(guān)事件。相比之下，杜靈杰用來(lái)尋找“分數量子霍爾引力子”的實(shí)驗裝置只有兩層樓高，而且研究的是逼近絕對零度的微觀(guān)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(guān)察到一種全新的光學(xué)集體激發(fā)。理論物理學(xué)界認為，這可能就是他們一直在尋找的“分數量子霍爾引力子”。但測量方案要求，實(shí)驗溫度不能高于零下273.1℃。換言之，儀器設備與絕對零度的溫差，必須控制在0.05℃以?xún)取?/P>
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獲取實(shí)驗必需的液氮殊為不易，杜靈杰被迫改變技術(shù)路線(xiàn)；南方潮濕的環(huán)境會(huì )折損激光效果，他和團隊只能反復調試……轉眼就是三年。
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)驗數據，當天下午，我找到了那個(gè)最有可能是引力子激發(fā)的微弱信號�！备鶕@個(gè)信號，杜靈杰和團隊最終如愿測量到自旋為2的引力子激發(fā)�！按蠹液芘d奮，很快把論文投給了《自然》�！�
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夏日的圣塞巴斯蒂安號稱(chēng)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�！�
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正當杜靈杰為又要升級設備犯愁時(shí)，他忽然發(fā)現，與國外同仁的液氮路線(xiàn)相比，回國后自主搭建的設備，恰好規避了液氮的短板，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�。
2024年1月，杜靈杰再度受邀參加低溫物理國際會(huì )議。這次，他展示了在砷化鎵量子阱中觀(guān)察到的新證據，從自旋、動(dòng)量、能量三個(gè)角度，充分回應了此前的質(zhì)疑。
聽(tīng)到臺下的掌聲，杜靈杰明白，這幅為引力子所作的“畫(huà)像”，已得到與會(huì )專(zhuān)家的普遍認可。這一成果在《自然》發(fā)表后，還入選了2024年度“中國科學(xué)十大進(jìn)展”和“兩院院士評選2024年中國十大科技進(jìn)展新聞”。
目前，在量子極端測量實(shí)驗室，這支平均年齡只有25歲的青年師生團隊正向一種新的量子物態(tài)發(fā)起攻堅，如果成功，將為實(shí)現拓撲量子計算掃除關(guān)鍵障礙。
回顧自己的科研歷程，杜靈杰說(shuō)：“當初選擇出國，就是為了有朝一日回國效力�，F在我們應當瞄準最前沿、引領(lǐng)新方向，努力拿出新成果，拓展認知邊界、推動(dòng)學(xué)科突破�！�
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新華社記者陳席元
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