中国科大1+1项成果入选2024年国内十大科技新闻

教育   2024-12-27 21:01   安徽  



由科技日报社主办、

部分两院院士和媒体负责人共同评选的

2024年国内十大科技新闻揭晓

中国科大主导的研究成果

光子的分数量子反常霍尔态首次实现

共同参与的研究成果

“拉索”确认首个超级宇宙线源

两项入选





光子的分数量子反常霍尔态首次实现


5月6日,记者从中国科学院获悉,利用“自底而上”的量子模拟方法,中国科学技术大学潘建伟院士团队在国际上首次实现了光子的分数量子反常霍尔态,为高效开展更多、更新奇的量子物态研究提供了新路径。相关研究成果发表于《科学》杂志。

成果示意图。16个非线性“光子盒”阵列囚禁的微波光子强相互作用形成分数量子反常霍尔态(注:“光子盒”的名字最早来自1930年爱因斯坦和波尔争论中提出的思想实验)。


霍尔效应是指当电流通过置于磁场中的材料时,电子受到洛伦兹力的作用,在材料内部产生垂直于电流和磁场方向的电压,该效应被广泛应用于电磁感测领域。反常霍尔效应则是指无需外部磁场的情况下观测到相关效应。量子霍尔效应是量子力学版本的霍尔效应,需要在低温强磁场的极端条件下才可被观察到。

“量子霍尔效应根据电子间相互作用方式的不同,分为整数量子霍尔效应和分数量子霍尔效应。”潘建伟说,其中,分数量子霍尔态展现出非平庸的多体纠缠,具有重要的观测研究价值,多年来受到学术界高度关注。

在此项研究中,团队利用“自底而上”的方式,基于自主研发的超导高非简谐性光学谐振器阵列,实现了光子间的非线性相互作用,并进一步在此系统中构建出作用于光子的等效磁场以构造人工规范场,从而实现了光子的分数量子反常霍尔态。

诺贝尔物理学奖获得者弗兰克·维尔切克评价,这项研究向基于任意子的量子信息处理迈出重要一步。



“拉索”确认首个超级宇宙线源


高能宇宙线从哪里来?这是一个世纪之谜。我国高海拔宇宙线观测站“拉索”(LHAASO)的新发现,让我们离解开这一谜题更近了一步。

2月26日,《科学通报》发表了一项关于高能宇宙线起源的重要成果。利用“拉索”的观测数据,我国科学家在天鹅座恒星形成区发现了一个巨型超高能伽马射线泡状结构,并从中找到了能量高于1亿亿电子伏宇宙线起源的候选天体。这是迄今人类能够确认的第一个超级宇宙线源。

星空下的高海拔宇宙线观测站“拉索”(LHAASO)(合成照片)。新华社记者 金立旺 摄


宇宙线是从外太空来的带电粒子,主要成分为质子,携带着宇宙起源、天体演化等方面的重要科学信息。探究宇宙线起源之谜,是当代天体物理学的重大前沿科学问题之一。

据介绍,“拉索”此次发现的巨型超高能伽马射线泡状结构,距我们约5000光年,尺度超过1000万个太阳系。泡状结构内有多个能量超过1千万亿电子伏的光子,最高达到2千万亿电子伏。

“一般来说,产生能量为2千万亿电子伏的伽马光子,需要能量至少高10倍的宇宙线粒子。”论文通讯作者、中国科学技术大学教授杨睿智说,这表明泡状结构内部存在超级宇宙线源,源源不断地产生能量至少达到2亿亿电子伏的高能宇宙线粒子,并注入到星际空间。

研究表明,位于泡状结构中心附近的大质量恒星星团(Cygnus OB2星协),是超级宇宙线源最可能的对应天体。

编辑:夏小草



来源:中国科学技术大学、科技日报


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