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本报讯 几十年来，物理学家一直在寻找引力子—— 一种被认为携带引力的假想粒子。这些粒子从未在太空中被探测到，但现在，中外科学家在半导体中发现了类似引力子的粒子。3月27日，相关研究成果发表于《自然》。

该研究通讯作者、南京大学教授杜灵杰说：“引力子是广义相对论与量子力学理论相结合的产物，如果能证实这种神秘粒子存在，可能有助于实现两大理论的统一，这对当代物理学而言意义重大。”

“这是大海捞针般的发现。而引发这一切的论文要追溯到1993年。”美国普林斯顿大学的Loren Pfeiffer说。他与包括Aron Pinczuk在内的几位同事共同撰写了这篇论文。当后者于2022年去世时，尚未找到这种神秘粒子的任何线索。

Pinczuk的学生与Pfeiffer等合作者现在已经完成了二人在30年前开始讨论的实验。他们将注意力集中在一块砷化镓半导体平板中的电子上——它被放置在一台高功率制冷机里，并暴露在一个强磁场中。在这些条件下，量子效应使电子表现得很奇怪：它们彼此间发生了强烈的相互作用，形成了一种不寻常的不可压缩液体。

这种液体并不平静，而是具有集体运动的特征，即所有电子都在一起运动，这可能会产生像粒子一样的激发。为了检验这样的激发，研究人员将一束精心调谐的激光照射到半导体上，并分析了从半导体散射出去的光。

结果显示这种激发具有一种量子自旋，后者只在理论上存在于引力子中。虽然它本身并不是引力子，却是人们见过的最接近引力子的东西。

美国哥伦比亚大学的Ziyu Liu参与了这项实验。他和同事知道类似引力子的激发可能存在于半导体中，但花了数年时间才使实验精确到足以探测到它们。

事实上，这个实验并不是真正的时空模拟——电子被限制在一个二维空间平面里，比相对论控制的物体运动得更慢。

但英国利兹大学的Zlatko Papic警告说，不要把这项新发现等同于在太空中探测到引力子。对于新实验中的电子系统来说，这二者是完全等效的，可以成为某些量子引力理论的试验场，但并不适用于在宇宙尺度上发生于时空中的每个量子现象。

没有参与这项工作的美国佛罗里达州立大学Kun Yang认为，它“极其重要”，并以一种此前被低估的方式连接了物理学的不同分支，如材料物理学和引力理论。（王方）

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41586-024-07201-w