南京大学物理学院教授杜灵杰——在量(liang)子天下中探索神秘（科技自立自强·青年迷信家）,实验,引力,分数

这一(yi)成果(guo)引起了学界和媒体的高度存眷。杜灵杰说，是兴(xing)趣引领着自己前行，沉浸在纯粹的量(liang)子物理的天下中自在探索，想要观察它将给这个天下带来甚么转变。

兴(xing)趣引领，向科研(yan)前沿发起挑战

杜灵杰出生在江苏镇江，从小就喜欢对自然现象刨根(gen)问底，上了高中，他发现自己好奇的问题都属于物理学范畴，便选择了理科，本科时进入南京大学理科强化部(bu)就读。

读研(yan)时，杜灵杰选择了量(liang)子物理方向。这一(yi)选择在当时看来有(you)些出人意料，因为那时的量(liang)子物理照样一(yi)个“有(you)点看似(si)不着边(bian)际”的领域——学习它会有(you)甚么“用处”，还不明白。而杜灵杰正是看中了它的“风趣而纯粹”。

硕士研(yan)究生卒业后，杜灵杰在博士研(yan)究生阶段选择了半导体作为进一(yi)步研(yan)究量(liang)子物理的载体。为了拓展研(yan)究视野，到了博士后阶段，他开始尝试全新(xin)的光学实验研(yan)究，开始打仗(zhang)分数量(liang)子霍尔效应。

分数量(liang)子霍尔效应中存在着微观天下里一(yi)种(zhong)从来没被发现过的全新(xin)物态(tai)，只有(you)在极端条件下才会被观察到。它的出现翻开了人类(lei)认识天下的一(yi)扇窗口，但也因为观察条件的严苛，研(yan)究难度极高，研(yan)究者绝对较少(shao)。

2019年，杜灵杰与互助者首次在光学观察中，发现分数量(liang)子霍尔效应中出现团(tuan)体激发，即大批电子团(tuan)体性的能量(liang)跃迁——就像平静的湖面上突然激起数不清的、分歧形状(zhuang)的荡漾。论(lun)文(wen)发出后，被理论(lun)物理学家认为多是分数量(liang)子霍尔效应引力子存在的证据。

其实，多年前就有(you)理论(lun)预言，凝聚态(tai)物资中可能存在一(yi)种(zhong)分数量(liang)子霍尔效应引力子。因为它的举动纪律与引力子雷同，被抽象地(di)称为引力子在凝聚态(tai)物资中的“投影”。但探求这一(yi)“投影”、弄(nong)清背后机制的实验异常艰难。

2019年，杜灵杰结束博士后工作，回到南京大学物理学院处置科研(yan)工作。他决定，要向这一(yi)科研(yan)前沿发起挑战。

历时3年，从无到有(you)搭建观察“望远镜”

实验的前提是要有(you)合适的仪器设备(bei)。但是当时，在全球范围内也没有(you)符合要求的实验设备(bei)。因为实验的条件极为刻薄，而且还看似(si)自相矛盾。实验的必要条件，一(yi)个是强磁场，比地(di)球通例磁场强度超(chao)过10万倍；另外一(yi)个是极高温(wen)，比物理学意义(yi)上绝对零度（零下273.15摄氏度）超(chao)过0.05摄氏度。

固然强磁场和极高温(wen)环境可以通过设备(bei)来实现，但实验过程中必要进行光学测量(liang)，设备(bei)上就要安装“窗户”。有(you)了光，样品的温(wen)度就会升高，从而破坏敏感的分数量(liang)子霍尔效应，形成观察失败。

“国外团(tuan)队(dui)采用湿式浓缩制冷，每天往实验装置中灌入液氦来实现降温(wen)。但我们(men)采用的是干式浓缩制冷，即用压缩机制冷。”杜灵杰表(biao)明，压缩气体的过程中会形成振动，让实验难上加难。此外，南方潮(chao)湿的环境对光学实验也是一(yi)大挑战。

如何消(xiao)除升温(wen)、振动、湿度变更(geng)等带来的影响？经由一(yi)次次尝试，杜灵杰发现，“做减法”这条路走不通，那就只能“做加法”：他和学生们(men)从头开始设计，使用新(xin)的特殊材料减震，通过光学干涉来降低(di)热(re)辐射，一(yi)点点霸占难题。

为了让各项指标(biao)符合实验要求，从2019年8月到2022年8月，历时整整3年，杜灵杰终究带领团(tuan)队(dui)从无到有(you)设计组装出实验装置，放(fang)置在一(yi)间“攒出”的恒温(wen)恒湿“超(chao)净间”中。这个大型装置长约(yue)8米、宽约(yue)5米、高约(yue)9米，具有(you)光源和探测器，如同超(chao)大号“显(xian)微镜”，又像是超(chao)级“望远镜”。

2022年下半年，这台“望远镜”开始投入运转。在以后的4个月中，杜灵杰团(tuan)队(dui)通宵达(da)旦在量(liang)子阱中探求着引力子激发存在的证据，却始终一(yi)无所得。

杜灵杰并(bing)不泄气。他将自己关在房间里，反复比拟大批数据，终究从海(hai)量(liang)数据里发现了引力子激发的微弱信号。以后他们(men)在分数量(liang)子霍尔效应中测量(liang)出这一(yi)信号具有(you)自旋(xuan)为2的特性，进一(yi)步确认了其是引力子激发。

杜灵杰高兴(xing)极了，他以为经由远程跋涉，终究迎(ying)来成功。但是现实却给了他当头一(yi)棒。凝聚多年心血(xue)撰写的论(lun)文(wen)被《自然》杂(za)志退回了，理由是“证据不敷”。

前路又迷茫起来。

冲破思维定势，迎(ying)来科研(yan)突破

还没有(you)从投稿被拒的阴影中走出来，杜灵杰又遭到了一(yi)次袭击。

去年7月召开的一(yi)次国际会议上，一(yi)位专家向杜灵杰提出问题：“引力子激发自旋(xuan)为2，但自旋(xuan)为2的一(yi)定是引力子激发吗？”

这一(yi)下把(ba)杜灵杰问住了。“此前，我一(yi)直陷(xian)在思维定势里，和同行们(men)一(yi)样，对领域中的‘硬骨头’采用躲避态(tai)度。现在必须正面霸占，我意识到，探索的门路还异常漫长。”杜灵杰说。

回到实验室(shi)，他重新(xin)振作起来。“文(wen)章发表(biao)固然重要，但是对迷信工作者来说，更(geng)重要的是把(ba)迷信问题搞分明。我们(men)向科研(yan)前沿发起挑战，即使失败了，至少(shao)能排除一(yi)种(zhong)计划，也算是一(yi)个成功。”他这样鼓励自己。

这回，杜灵杰存眷到了此前不曾存眷的数据，意识到极小动量(liang)的激发测量(liang)是办理问题的枢纽(niu)，从而设计了新(xin)的实验，“经由半年的测量(liang)，我们(men)发现，激发信号除自旋(xuan)为2这个最显(xian)著特性之外，还有(you)一(yi)项枢纽(niu)特性——具有(you)特征能量(liang)。”

本年1月，杜灵杰受邀参加了一(yi)场分数量(liang)子霍尔效应领域的国际会议。这次，他拿出有(you)力的实验证据，解答了去年被质疑的问题。包含之前那名专家在内的预会学者向这名青年迷信家报(bao)以掌(zhang)声。分数量(liang)子霍尔效应引力子的实验发现得到了国际学界的认可。3月，杜灵杰团(tuan)队(dui)的论(lun)文(wen)在《自然》杂(za)志发表(biao)，这也是天下上首次观察到引力子在凝聚态(tai)物资中的新(xin)奇准粒子。

“人生没有(you)标(biao)准答案，做科研(yan)是不断(duan)冲破思维定势的过程。”这是杜灵杰的亲自感受，也是他的人生态(tai)度。对于将来的研(yan)究方向，他同样不设限，“对纯粹的物理天下的兴(xing)趣，引领着我不断(duan)去拓展新(xin)的领域，研(yan)究新(xin)的课题，探索自然迷信的神秘。”

《 群(qun)众(zhong)日(ri)报(bao) 》（ 2024年04月22日(ri) 11 版(ban)）