科學家首次觀測到模擬重力場下的量子異常現象

由德國德累斯頓技術大學科學家領導的國際研究小組，在一種晶體新材料中成功測得重力—量子異常。這是科學家們首次觀測到模擬重力場下真實晶體內存在的量子異常現象。研究發表在新一期的《自然》雜志上。

物理學中能量、脈沖或電荷的形式盡管會發生變化，但永遠不會消失。然而，在特定條件下，當人們將經典物理學應用於非經典物理學（如量子力學）時，這一情況就不是必然，人們稱之為量子異常。之前還沒有實驗可以証明重力—量子異常，這是科學家首次在晶體材料上完成量子異常實驗，繞過了一個極其困難的實驗——需要足夠強的重力場來觀測重力—量子異常。

研究人員通過對晶體材料的研究發現，在特定情況下，晶體的重力場可通過溫差模擬，如此一來，不需要在實驗室中創造一個時空曲率，就可以在引力場中進行測量。他們使用的晶體材料為外爾半金屬，這種材料擁有一定數量的名為“外爾費米子”的電子。這種電子有兩種不同的旋轉方向，既有左旋電子，又有右旋電子，而且每種旋轉方向其電子的能量和脈沖保持定值，這樣，除非出現量子異常，不管是左旋還是右旋的電子庫能量和脈沖都保持定值，這一特性在重力—量子異常驗証中具有特殊意義。

研究人員利用導電體電流引起的溫差對新材料進行實驗，當在晶體材料上施加額外的溫差時，他們觀察到電流隨磁場的增加而增加。這個結果源於原先與旋轉方向無關的固定能量和脈沖值發生變化，如左旋電子比右旋電子獲得更多能量和脈沖，這就為研究人員驗証重力—量子差異找到了証據。

該項目主要研究人員尼曼博士稱，借助這項實驗，研究人員可以回答固體物理學領域的許多難題，並對材料研究領域起到重要作用。這項研究結果還有助於天體物理學家更好地了解早期宇宙演變進程以及粒子物理學家驗証粒子衰變等。（記者 顧鋼）