重力子的發現與証實

3月28日，《自然》雜志發表了南京大學物理學院團隊的一項最新研究成果。他們利用極端條件下的偏振光散射技術，在砷化鎵量子阱中對分數量子霍爾效應的集體激發進行了測量。這是重力子（引力子，graviton）的概念被提出以來後，首次在真實系統中發現具有其特徵的粒子。

要進行這項實驗，超強磁場（地球常規磁場的10萬倍）以及極低溫（零下273.2攝氏度）是必備的前提環境條件。雖然強磁場和極低溫環境可以通過設備來實現，但實驗過程中需要進行一系列光學測量，設備上就要安裝透光的玻璃以及窗扣。而這些就導致了光子的傳遞，使得樣品溫度升高，近一步破壞敏感的分數量子霍爾效應，造成觀測失敗。再加上創造低溫環境所需的壓縮氣體過程中會造成不可避免的振動，更讓實驗過程難上加難。

經過一次次嘗試，南京大學物理學院的教授杜靈傑和學生們決定從頭開始設計，使用新的特殊材料減震，並通過光學干涉來降低熱輻射，一點點攻克難題。

面臨困境

從2022年下半年開始，杜靈傑團隊夜以繼日在架設成功的量子阱中尋找著引力子激發存在的証據，卻始終一無所獲。他將自己關在房間裡，反復對比大量數據，終於從海量數據裡發現了引力子激發的微弱信號。之後他們在分數量子霍爾效應中測量出這一信號具有自旋為2的特性，進一步確認了其是引力子激發。
　　然而現實卻給了他當頭一棒。凝聚多年心血撰寫的論文被《自然》雜志退回了，理由是証據不足。

「引力子激發自旋為2，但自旋為2的一定是引力子激發嗎？」

在去年7月召開的一次國際會議上，一名專家向杜靈傑提出問題，這一下把杜靈傑問住了。

「此前，我一直陷在思維定勢裡，和同行們一樣，對領域中的‘硬骨頭’採取回避態度。現在必須正面攻克，我意識到，探索的道路還非常漫長。」杜靈傑說。

激發測量

「經過半年的測量，我們發現，激發信號除了自旋為2這個最顯著特性之外，還有一項關鍵特性-具有特徵能量。」

透過觀察量數據數據，杜靈傑團隊發現極小動量的激發測量是證明激發自旋為2的引力子的關鍵，從而更進一步的進行了新的量測與驗證，其結果也得到了國際學界的認可，並在今年3月底於《nature》雜志順利發表。這也是世界上首次觀察到引力子在凝聚態物質中的。

「人生沒有標准答案，做科研是不斷打破思維定勢的過程。對純粹的物理世界的興趣，引領著我不斷去拓展新的領域，研究新的課題，探索自然科學的奧秘。」杜靈杰說，而這也正是他的人生態度。

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Du, L., Li, X., Lou, W. et al. Evidence for a topological excitonic insulator in InAs/GaSb bilayers. Nat Commun8, 1971 (2017). https://doi.org/10.1038/s41467-017-01988-1