長期以來，直接觀察引力子一直是物理學(xué)中的核心追求，因為它能彌補量子力學(xué)和廣義相對論之間的空白。但引力子那難以捉摸的性質(zhì)對檢測提出了重大挑戰(zhàn)，然而最近的突破為這項工作開辟了一條新的途徑。

發(fā)表在《自然》雜志上的一篇論文，報告了在凝聚態(tài)系統(tǒng) - 分?jǐn)?shù)量子霍爾液體中首次發(fā)現(xiàn)“手性引力子模式”的證據(jù)。這一發(fā)現(xiàn)有可能徹底改變我們對引力和凝聚態(tài)物理的理解。為了理解手性引力子模式的重要性，我們必須首先深入了解量子霍爾效應(yīng)及其分?jǐn)?shù)變體。

量子霍爾效應(yīng)是霍爾效應(yīng)的量子力學(xué)版本，它在低溫和強磁場的極端條件下被觀察到。在這些條件下，霍爾電阻與磁場的關(guān)系不再是線性的，而是出現(xiàn)了量子化的平臺。這意味著，當(dāng)電子在二維材料中移動時，它們的能級被量子化，形成所謂的朗道能級。電子在這些能級上的分布導(dǎo)致了霍爾電導(dǎo)的量子化，即霍爾電導(dǎo)只能取特定的離散值。

分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)(FQHE)是一個更有趣的變體，是二維電子系統(tǒng)在極低溫度和強磁場下展現(xiàn)的一種量子化現(xiàn)象。在這種狀態(tài)下，電子氣體凝聚成一種奇異的液態(tài)，電子將磁通量線束縛在一起，形成具有分?jǐn)?shù)化基本電荷的新準(zhǔn)粒子和激發(fā)態(tài)。這些準(zhǔn)粒子不僅具有分?jǐn)?shù)電荷，而且表現(xiàn)出分?jǐn)?shù)統(tǒng)計。

手性引力子模式理論上是FQHE流體中的激發(fā)，顧名思義它與引力子(假設(shè)的引力載體)具有一些相同的特征。然而，至關(guān)重要的是要認(rèn)識到，這些不是傳統(tǒng)意義上的引力子，不是在大質(zhì)量物體之間介導(dǎo)引力的引力子。相反，它們代表了FQHE流體內(nèi)部結(jié)構(gòu)特有的量子現(xiàn)象。

手性引力子模式的理論基礎(chǔ)建立在量子幾何的思想之上。在這個框架中，F(xiàn)QHE流體不僅可以用密度和速度來描述，還可以用量子度規(guī)來描述。這個度規(guī)定義了流體中電子所經(jīng)歷的“時空”的局部幾何形狀。然后手性引力子模式在這個內(nèi)部量子度規(guī)中以波紋或扭曲的形式出現(xiàn)。據(jù)預(yù)測，這些波紋會攜帶特定的角動量，并表現(xiàn)出手性，這意味著它們會向一個首選方向傳播。

研究人員采用了一種稱為偏振光散射的復(fù)雜技術(shù)來探測砷化鎵量子阱中在高磁場和低溫的極端條件下形成的FQHE系統(tǒng)內(nèi)的集體激發(fā)。他們的觀察揭示了一種特定的激發(fā)模式，其特征與手性引力子模式的理論預(yù)測相一致。

觀測到的模式顯示出一個能隙，這是激發(fā)它所需的最小能量，與預(yù)測的手性引力子的能隙相匹配。此外，該模式表現(xiàn)出預(yù)測的角動量和手性，進(jìn)一步加強了其作為手性重子的識別。這個開創(chuàng)性的實驗代表了在凝聚態(tài)系統(tǒng)中首次觀察到具有類似引力子性質(zhì)的準(zhǔn)粒子。

手性引力子模式的發(fā)現(xiàn)對凝聚態(tài)物理及其他領(lǐng)域具有重大意義，它提供了一個獨特的平臺來研究引力和量子力學(xué)之間的相互作用。了解這些模式是如何在FQHE中出現(xiàn)的，可以為引力本身難以捉摸的本質(zhì)提供有價值的見解。此外，F(xiàn)QHE的拓?fù)湫再|(zhì)表明，手性引力子模式可能對某些類型的干擾具有魯棒性，為未來量子技術(shù)的潛在應(yīng)用鋪平了道路。(www.ws46.com)

然而，還有很多有待探索的地方。需要進(jìn)一步的研究來充分表征手性引力子模式的行為及其與FQHE流體中其他激勵的相互作用。此外，理論的進(jìn)步對于彌合FQHE中觀測到的模式與引力基本理論之間的差距至關(guān)重要，有可能導(dǎo)致對時空本身本質(zhì)的更深入理解。