文／記者陳席元　

今年四月三十日，榮獲二○二五年度中國青年五四獎章的南京大學物理學院教授杜靈傑剛從北京回到南京，就一頭扎進他在南京大學鼓樓校區唐仲英樓的量子極端測量實驗室。去年三月，他和團隊在人類歷史上第一次為引力子「畫像」，那篇發表在國際權威學術期刊《自然》上的論文，就在這裡誕生。

愛因斯坦曾基於廣義相對論提出，劇烈的天體活動會帶動周圍的時空產生波動，也就是引力波。近年來，隨著引力波被多座國際大科學裝置探測證實，這一概念已為大眾熟知。引力子源於廣義相對論與量子力學的交叉領域，不少理論物理學者認為，如果引力子確實存在，意味著廣義相對論和量子力學能夠被統一，人類文明將翻開新的一頁。

被迫改變技術路線

杜靈傑研究的，就是凝聚態系統中的「分數量子霍爾引力子」。「我們生活中的固體、液體，都屬於凝聚態。理論推測，『分數量子霍爾液體』這種凝聚態物質中，引力子可能以准粒子的形式湧現。」杜靈傑說，「這種『分數量子霍爾引力子』表現為集體模式激發，也稱為『引力子模』或引力子激發，就像寧靜的湖面上突然激起不可勝數的漣漪。」

引力波探測器動輒數公里長，研究的是黑洞合併等宏觀事件。相比之下，杜靈傑用來尋找「分數量子霍爾引力子」的實驗裝置只有兩層樓高，而且研究的是逼近絕對零度的微觀世界，正如古語所言，致廣大而盡精微。

在海外留學期間，杜靈傑的研究方向並不是引力子。二○一九年上半年，他意外觀察到一種全新的光學集體激發。理論物理學界認為，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，實驗溫度不能高於攝氏零下二百七十三點一度。換言之，儀器設備與絕對零度的溫差，必須控制在攝氏零點零五度以內。

彼時，杜靈傑已經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驗環境。回國後的杜靈傑，面對的是一張白紙，他必須從零起步，自主搭建實驗設備。

獲取實驗必需的液氮殊為不易，杜靈傑被迫改變技術路線；南方潮溼的環境會折損激光效果，他和團隊只能反覆調試……轉眼就是三年。

正視問題實事求是

衝刺的時候到了。「二○二二年十二月十七日，我把自己關在房間裡，回顧了所有實驗數據，當天下午，我找到了那個最有可能是引力子激發的微弱信號。」根據這個信號，杜靈傑和團隊最終如願測量到自旋為2的引力子激發。「大家很興奮，很快把論文投給了《自然》。」

面對如此重大的科學發現，審稿專家謹慎地提出，需要更具決定性的實驗證據。杜靈傑回憶，二○二三年七月，在西班牙聖塞巴斯蒂安舉行的一場國際會議上，曾有權威物理學者問他：引力子激發的自旋為2，那是不是所有自旋為2的激發，都是這種引力子呢？

就好比黑夜裡的一瞬亮光，憑什麼說那有一個人擦亮了火柴，也許是一隻螢火蟲。

物理學界的謹慎有其原因，當時國外曝光了多起所謂「科學大發現」，均被迅速證偽。

夏日的聖塞巴斯提安號稱擁有「歐洲最美沙灘」，但杜靈傑毫無心情欣賞。「只感覺眼前都是烏雲。」他閉關想了很久，「愈是重大成果，愈要無懈可擊，作為科研人員，我們必須正視問題，實事求是，小心求證。」

但要獲得決定性的證據，就得設計新實驗，以測得動量更小的激發。

正當杜靈傑為又要升級設備犯愁時，他忽然發現，與國外同仁的液氮路線相比，回國後自主搭建的設備，恰好規避了液氮的短板，稍加改進就能解決問題。「很多看似『無心插柳』的突破，本質上源於『從0到1』的原始創新。」他感慨道。

二○二四年一月，杜靈傑再度受邀參加低溫物理國際會議。這次，他展示了在砷化鎵量子阱中觀察到的新證據，從自旋、動量、能量三個角度，充分回應了此前的質疑。

聽到台下的掌聲，杜靈傑明白，這幅為引力子所作的「畫像」，已得到與會專家的普遍認可。這一成果在《自然》發表後，還入選了二○二四年度「中國科學十大進展」和「兩院院士評選二○二四年中國十大科技進展新聞」。

新華社港台部供稿