量子引力、核废料转化、黑洞之谜，江苏科学家勇闯三大“无人区”

2024年度“中国科学十大进展”专家解读会上，从右到左三位依次为王涛、王殳凹、杜灵杰 张宣 摄

作为我国基础研究重镇，江苏依托学科积淀与创新生态优势，在2025中关村论坛年会发布的2024年度“中国科学十大进展”中揽获三项突破：南京大学杜灵杰团队首次发现凝聚态物质引力子模，开辟量子引力研究新路径；苏州大学王殳凹团队攻克锕系核电池技术，实现核废料高效转化；南京大学王涛团队揭示黑洞调控星系生死机制，推动宇宙演化研究迈上新维度。

3月27日，记者在论坛现场对话三位主要完成人，他们表示，以强烈好奇心驱动原创性研究，江苏科技必将在更多“无人区”留下印记。

一个神奇实验

在凝聚态物质中发现引力子模

引力波是爱因斯坦广义相对论预言的神奇现象，当宇宙中巨型天体碰撞时会产生振荡，形成引力波，这也引发物理科学家思考引力波的本质，在小尺度例如低维量子空间里可否激发类似“引力波”的量子化现象？

根据波粒二象性，引力子被视为引力波所对应的自旋2的假想粒子，是连接广义相对论与量子力学的关键。理论推测分数量子霍尔效应中或涌现出类引力子，这种凝聚态准粒子是自旋2的低能模式激发（称为引力子模或引力子激发），但一直未观测到。杜灵杰团队的贡献，正是在分数量子霍尔系统中发现了其中涌现的引力子，也称为引力子模或引力子激发，这是自上世纪30年代引力子概念提出以来，人类历史上首次观测到有引力子特征的准粒子。

中国科学院物理研究所副所长胡江平研究员现场解读，并称之为“神奇的实验”——“他们的实验十分特殊，他们用光学手段探测，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，这也是首次探测到具有引力子特征的准粒子。未来我们可以在‘人造实验室’探索宇宙尺度物理。该研究为我们提供了探索解决量子引力问题的新思路。”

杜灵杰表示，团队历经五年取得该成果，非常高兴获得这个奖项。接下来团队计划利用引力子模来探索半导体电子系统中的微观量子结构，并且进一步验证非阿贝尔物态等新的量子态，推动拓扑量子计算的发展。

一次紧密耦合

更好地将核废料变废为宝

通俗地说，这项科学进展，做的是“变废为宝”的工作，即通过创制造高能量转化效率的核电池，让核废料发挥作用。

核废料中含有半衰期长达数千年到百万年的锕系核素，长期以来被视为环境负担。王殳凹、王亚星和欧阳晓平等提出的新型锕系辐射光伏核电池技术方案，通过创新设计，将核废料中锕系核素衰变释放的能量转化为持久电能，实现了变废为宝。

中国科学院院士、核物理学家、复旦大学副校长马余刚为这项科学进展做解读。他说，目前人们经常使用的锂电池等属于化学电池，而核电池是利用原子核的放射性，将放射性能量转化为能量。传统辐射光伏核电池在利用锕系核素衰变能时，会受到α粒子自吸收效应的限制，导致能量转换效率较低。王殳凹研究团队引入“聚结型能量转换器”概念，通过在分子级别上将放射性核素与能量转换单元紧密耦合，从根本上克服了自吸收效应，大幅提升了衰变能转换效率。实验中，团队研制的微型核电池，在连续运行200小时的测试中展现出优异的性能稳定性。

“这是一个非常新颖且又有基础性的方案。”马余刚认为，“这一锕系辐射光伏核电池设计思路，在锕系元素化学与能量转换器件之间架起桥梁，兼具基础研究深度和潜在应用前景，为高效微型核电池开发提供了理论基础，也为放射性废物的资源化利用提供了新的思路。”

王殳凹在接受记者采访时说：“核能放射化学研究既面向世界科技前沿，又能服务国家重大需求。国内每年有很多基础研究的重大成果，我们的成果能够入选，我感觉非常荣幸。”

一次重要发现

揭示黑洞影响星系从“生”到“死”

星系是构成宇宙的基本单位，探索星系中恒星形成的触发和停止机制是星系宇宙学的核心任务之一。理论推测星系中心的超大质量黑洞生长过程中释放的能量是影响星系从“生”（恒星形成星系）到“死”（宁静星系）转变的重要机制，但长期缺乏观测支持。

南京大学天文与空间科学学院教授王涛等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。

“黑洞之于星系就像肿瘤对于人体，当它小的时候对宿主影响不大，但一旦长得过快过大之后，将会严重影响宿主的健康（恒星形成的能力）。”当记者难以理解该项晦涩的成果时，王涛用通俗易懂的一句话解释了该项成果的意义。

“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。”中国科学院院士、中国天文学会理事长韩占文在解读该项进展时表示，该研究对中心黑洞影响星系形成演化提供了重要的观测证据。它表明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。

“感谢专家和评委对成果的认可，对于我个人而言，这是目前为止对我科研生涯最大的激励和鼓舞。”王涛激动地说，正如韩占文院士解读时的期待，未来他和团队将朝着解开星系生死之谜的方向继续深入研究，希望取得更多好的成果。

新华日报·交汇点记者 张宣 杨频萍 徐冠英

特别声明：本文经上观新闻客户端的“上观号”入驻单位授权发布，仅代表该入驻单位观点，“上观新闻”仅为信息发布平台，如您认为发布内容侵犯您的相关权益，请联系删除!