2024年度“中国科学十大进展”发布，南京大学占两项& g! S) a$ G& I0 x, Y j+ x9 P
2025-03-27 22:37 文汇报
: d, b8 Y( c- X1 I% w ^6 d今天，国家自然科学基金委员会发布2024年度“中国科学十大进展”，分别是嫦娥六号返回样品揭示月背28亿年前火山活动、实现大规模光计算芯片的智能推理与训练、阐明单胺类神经递质转运机制及相关精神疾病药物调控机理、实现原子级特征尺度与可重构光频相控阵的纳米激光器、发现自旋超固态巨磁卡效应与极低温制冷新机制、异体CAR-T细胞疗法治疗自身免疫病、额外X染色体多维度影响男性生殖细胞发育、凝聚态物质中引力子模的实验发现、高能量转化效率锕系辐射光伏微核电池的创制、发现超大质量黑洞影响宿主星系形成演化的重要证据。
6 Y" V4 \% ?3 \6 u其中，两项来自南京，南京大学主要完成的凝聚态物质中引力子模的实验发现、发现超大质量黑洞影响宿主星系形成演化的重要证据。
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引力波是爱因斯坦广义相对论预言的一种神奇现象，它由时空的剧烈扰动产生，其基本量子特征表现为自旋为2的引力子。另一方面，凝聚态物理专注于研究材料中出现的各种物理现象。近年来，物理学家将广义相对论中的几何描述方法引入到凝聚态物理的某些体系中，特别是在分数量子霍尔系统中。如果扰动这些系统的量子空间测度，可能会涌现出类似“引力波”的现象。
0 h! W0 o3 S- D6 V, V3 h0 m这些现象的量子特征与引力子相似，被称为引力子模，是一种自旋为2的低能集体激发模式。南京大学杜灵杰等搭建了极低温强磁场共振非弹性偏振光散射平台。实验使用的样品是砷化镓半导体量子阱，其中的两维电子气在强磁场下形成分数量子霍尔液体。- ^7 V# a4 x9 F$ G% S* g0 C
实验测量是一个双光子拉曼散射过程，入射光子被量子液体吸收，然后量子液体再发射出一个光子。由于光子自旋为1，不同自旋的入射及出射光子可以产生自旋为0及+2和―2的元激发，自旋只为+2或―2的激发就是引力子模。最终在分数量子霍尔液体中首次成功观察到引力子模，并发现其具有手性。
3 {, d5 e! s( r. s8 E$ v' p这是首次探测到具有引力子特征的准粒子。该实验结果从两维空间角度证实了度规扰动的量子是自旋2的低能激发，进而让凝聚态材料成为探索宇宙尺度物理的“人造”实验室，提供了探索解决量子引力问题的新思路。7 c' |. Z( |2 H" Z0 [
同时该成果证实了分数量子霍尔效应全新的几何描述，开辟了关联物态几何实验研究的新方向，有望对探测半导体电子系统的微观结构及实现拓扑量子计算起到推动作用。
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- M5 o0 ~' h( N星系是宇宙结构的基本组成单元。星系之所以发光，主要是因为其内部含有数千亿颗恒星。按照星系恒星形成能力的强弱，天文学家一般把星系分为两类：较为年轻、能够持续产生新的恒星的“恒星形成星系”（如银河系），和较年老、几乎没有新的恒星形成的“宁静星系”（比如M87星系）。' e- S( P0 W$ T' q
研究恒星形成星系如何转变为宁静星系，即星系如何由“生”到“死”的问题，是星系宇宙学的最核心任务之一。围绕这一核心任务，约半个世纪前科学家就提出星系的中心黑洞在长大过程中释放的巨大能量对星系的形成演化有重要影响。经过近半个世纪的发展，这一理论已成为当前主流星系形成演化模型的共识。
0 n. Q. E" `/ X y; E$ L# S然而，长期以来黑洞如何影响星系的形成演化一直缺乏明确的观测证据，这也成为当前亟待解决的重要科学问题。针对这一重要科学问题，南京大学王涛等创新性地开始探索中心黑洞质量与星系冷气体含量之间的关系。
1 e# u9 U t/ v" e9 L4 ]该研究首次揭示了中心黑洞的质量是调制星系中冷气体含量的最关键的物理量：中心黑洞质量越高的星系其冷气体含量越低。而冷气体又是星系中恒星形成的原料，因此这一发现对中心黑洞影响星系形成演化提供了重要的观测证据。
- N% T& D) f0 k) t. |+ R很大程度上中心黑洞影响宿主星系的恒星形成是通过从源头上限制恒星形成的原料——冷气体的含量来实现的。该结果阐明了宁静星系普遍具有一个较大质量中心黑洞的原因，确立了中心黑洞在调控星系生命周期中的核心地位，向着最终解开星系生死转变的谜团迈出了坚实的一步。
r" @$ B9 |# `“中国科学十大进展” 遴选活动由国家自然科学基金委员会主办，包括440余位两院院士在内的2700多名专家学者，从700多项基础研究成果中遴选出31项成果评审投票，最终确定十项重大科学成果。
; A! \+ W' @; R' ]. x【引伸阅读】
( V G% Z6 x" J5 r: A* ?6 c南京大学两项成果入选2024年度“中国科学十大进展”
: H/ c1 J! ^% P2 f6 \" |2025年03月28日 14:09:48 新华网
, Z0 ]5 C8 F* `% E; ]! |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”，南京大学物理学院杜灵杰教授团队、天文与空间科学学院王涛教授团队分别以“凝聚态物质中引力子模的实验发现”“发现超大质量黑洞影响宿主星系形成演化的重要证据”两项成果入选。
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. L( \6 Y$ [& j. q9 s图为南京大学杜灵杰团队引力子研究艺术图（南京大学供图）% b% A% u" d0 H F4 A b: \
据介绍，杜灵杰等人自主设计、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，为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，推动半导体电子系统微观结构探测及拓扑量子计算发展。7 s2 P+ v9 R6 D+ S
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图为南京大学王涛团队黑洞研究艺术图（南京大学供图）
2 ?9 p* U8 h9 t# a) x' ^9 b王涛等人则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。 | 
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发表于 2025-3-31 08:12:39
