科技日报记者 金凤
3月27日，国家自然科学基金委员会发布2024年度“中国科学十大进展”。南京大学物理学院教授杜灵杰团队的“凝聚态物质中引力子模的实验发现”、南京大学天文与空间科学学院教授王涛团队的“发现超大质量黑洞影响宿主星系形成演化的重要证据”位列其中。
根据波粒二象性，引力子被视为引力波所对应的自旋2的假想粒子，是连接广义相对论与量子力学的关键。理论推测分数量子霍尔效应中或涌现出类引力子，这种凝聚态准粒子是自旋2的低能模式激发（称为引力子模或引力子激发），但一直未观测到。
杜灵杰团队自主设计、组装了极低温强磁场共振非弹性偏振光散射系统，基于砷化镓量子阱，在分数量子霍尔效应中首次观察到引力子模。这种类引力子的实验发现从二维空间角度揭示度规扰动的量子是自旋2的低能激发，为在凝聚态物质中研究量子引力问题提供了新思路，也有助于理解引力子物理的量子规律。该成果证实了分数量子霍尔效应新的几何描述，有望推动半导体电子系统微观结构探测及拓扑量子计算发展。
星系是构成宇宙的基本单位，探索星系中恒星形成的触发和停止机制是星系宇宙学的核心任务之一。理论推测星系中心的超大质量黑洞生长过程中释放的能量是影响星系从“生”到“死”转变的重要机制，但长期缺乏观测支持。
王涛团队发现星系中心黑洞的质量是调制星系中冷气体含量的最关键物理量：黑洞质量越高的星系其冷气体含量越低。该研究揭示了中心黑洞主要通过限制冷气体这一恒星形成的原料来调控星系演化，解释了宁静星系普遍含有一个较大质量的中心黑洞的原因，向着最终揭开星系生死之谜迈出了关键一步。
