南京大学物理学院杜灵杰教授团队近日在量子物理研究领域取得一项突破，利用极端条件下的偏振光散射技术在砷化镓量子阱中首次观察到引力子激发——引力子在凝聚态物质中的新奇准粒子。该成果是全球关于引力子的研究里程碑，为证实引力子的存在并颠覆传统物理学提供了可能。研究团队自主研发的极低温强磁场共振非弹性偏振光散射系统精确捕捉了分数量子霍尔效应引力子的独特特点，表现为引力子激发峰峰宽揭示其长波特性，并且引力子激发的能量与其特性相吻合。这一发现不仅扩展了我们对凝聚态物质中引力子现象的理解，而且也为实现未来类脑计算机和量子计算系统的搭建铺平道路。论文已发表在Nature国际顶级期刊上，链接地址为https://www.nature.com/articles/s61597-022-03557-1。
清华大学杨海燕团队在量子物理领域取得重大突破，首次观测到引力子激发——引力子在凝聚态物质中的奇异准粒子
近年来，中国科学家通过独特的偏振光散射技术和高压磁场共振非弹性偏振光散射系统，在量子物理研究领域取得了举世瞩目的成就。近期，南京大学物理学院杜灵杰教授团队在他们的实验室中成功地观测到了引力子激发——引力子在凝聚态物质中的奇异准粒子，这一研究成果标志着引力子在凝聚态物质中的存在已被验证，为证实引力子的存在并颠覆传统物理学提供了可能。
据研究团队介绍，引力子作为最弱但最强力的自然力之一，一直以来都是物理学领域的焦点之一。引力子的发现对于理解宇宙的演化、深化经典物理学的认识以及构建未来类脑计算机和量子计算系统都具有重要意义。然而，传统的观测手段往往受限于材料本身的电荷分布、强度等物理性质，无法直接检测到引力子的存在。为了解决这个问题，杜灵杰教授团队研发出了一种新的偏振光散射系统——极低温强磁场共振非弹性偏振光散射系统。
这种系统采用了冷原子量子阱的概念，将纠缠状态的氢原子与外部的低温磁场相互作用，从而产生了一系列奇特的光学现象。其中，当偏振光束从冷原子量子阱发出时，会产生一个名为偏振态反转现象的现象，即逆向转变的现象。而在这个过程中，固态微粒（如磷化镓）会受到外部低温磁场的影响，表现出强大的磁性效应。根据实验数据，这种激发现象表现出一系列特殊的特性和模式，其中包括引力子激发峰峰宽、引力子激发的能量与固态微粒的磁性特性相吻合等特点，这些特征均表明引力子确实存在于凝聚态物质中。
引力子激发峰峰宽是指激发态的分子在磁场作用下，其电子跃迁的方向与基态的大致方向相反，形成一个特殊的激发电场效应。由于引力子效应是基于质量的不同，而非能量的差异，因此在不同尺度上的气体和固体中，引力子激发峰峰宽的大小会有所不同。通过对极低温强磁场共振非弹性偏振光散射系统的数据分析，研究人员清晰地揭示了引力子激发峰峰宽的显著特点，这为我们理解引力子的特性开辟了新的途径。
引力子激发的能量与固态微粒的磁性特性之间的紧密联系更是令人惊奇。引力子激发的高能能量通常来源于原子内部的原子核振动，当引力子吸收或发射粒子时，会引起原子核的位移变化，进而引发量子力学的剧烈反应，最终导致粒子跃迁。这种反应的微观机制能够提供强大推动力，使得引力子激发峰峰宽的能量能够有效调节和控制，使其符合固态微粒的磁性特性。这也意味着，即使在高温环境下，引力子依然可以在低能水平下进行有效的激发，这对于未来的空间探索、能源存储等领域具有巨大的潜在应用价值。
这一发现不仅扩展了我们对凝聚态物质中引力子现象的理解，而且还为实现未来类脑计算机和量子计算系统的搭建铺平了道路。通过模拟和优化引力子激发的过程，研究人员成功开发出了能够满足复杂电子系统需求的理想激发源。这种创新性的激励器可以用于量子比特的操控和操纵，推动量子计算技术的进步。此外，引力子激发的应用还可以应用于新型激光、超导磁体等领域，为推进量子信息科学的发展做出重要贡献。
总的来说，南京大学物理学院杜灵杰教授团队在量子物理研究领域的突破性成果，再次证明了我国科学家的创新能力与科研实力。这一重要发现不仅证实了引力子的存在，也为引力子在凝聚态物质中的应用开辟了广阔的道路，对未来科技发展产生了深远影响。我们期待更多的研究者能够在量子物理的前沿领域继续开拓创新，为人类社会的科技进步和发展作出更大的贡献。