获国家一等奖！北大团队在极微观世界看清水的量子奥秘

7月8日公布的2025年度国家科学技术奖中，北大物理学院教授王恩哥、江颖、李新征、徐莉梅，化学与分子工程学院教授高毅勤组成的研究团队凭借“水的氢键强度及动力学过程全量子效应研究”成果获得国家自然科学奖一等奖。从北大获悉，这项成果之所以引人瞩目，不仅因为获奖分量之重，更因为它触及了一个物理科学中的根本问题，在极微观世界看清了水的量子奥秘。

1926年，薛定谔方程问世，对微观世界量子实体的波粒二象性给出了统一描述。次年，物理学家玻恩和奥本海默基于原子核质量远大于电子的事实，提出著名的“玻恩-奥本海默近似（BO近似）”。在该范式下，通常把原子核当作经典粒子来处理，只对电子进行量子化，从而大大降低了计算和模拟难度。此后近百年，凝聚态物理领域大多把BO近似作为研究物理问题的出发点。

然而，对于水这样最常见、却也异常复杂的凝聚态体系，过去常用的理论近似是否足够？那些看似微小、长期被忽略的原子核量子效应，究竟在多大程度上影响着水的结构和物性？

围绕这一问题，研究团队用20余年时间，在理论与实验两条路径上持续推进：建立了超越BO近似的物理研究框架，实现对电子与原子核自由度全量子描述；首次“看见”水分子的氢原子和识别单根氢键，定量揭示核量子效应对氢键的重要贡献，并进一步把研究从观测和解释，推进到调控。

他们做的，正是把科学界长期被简化掉的那部分“找回来”：把原子核量子效应系统性纳入研究之中，从氢原子波粒二象性的角度，重新理解水、冰等轻元素物质背后的深层规律。

原理的重大突破，使得一滴水之外，还有更广阔的未知等待被重新观察、计算与解释。获奖之后，团队并没有停下来，他们围绕关于极端受限水、关于轻元素量子材料、关于全量子调控新物态等课题，已踏上新征程。

“过去一百年物理学家通过研究电子的量子态彻底改变了我们的生活。未来一百年我相信从全量子视角研究原子核量子态会带来更大的惊喜，特别是化学、生命科学、能源环境科学等。”王恩哥说。