彭新华：捕捉宇宙的痕迹

对普通人来说，研究看不见的微观粒子是一项艰深晦涩的工作。但在彭新华看来，依托实验推演与理性思考去解锁世界的底层规律是让人陶醉的，“人类虽然非常渺小，但能够与浩瀚宇宙展开对话，这本身便是一种极致的浪漫。”

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彭新华背着一个大的双肩运动背包来到拍摄现场。身形清瘦的她，与这只背包形成鲜明的视觉反差。回望近三十年的科研工作，参与时尚杂志的拍摄是她极少数的、与量子力学无关的工作场景，像是一次短暂的出神。她更常打交道的是一个“看不见”的物质世界。

寻找微弱的宇宙信号

2026年1月，在《Nature》发表的一篇论文中，中国科学技术大学近代物理系教授彭新华和她的团队把目光投向了宇宙中一种至今尚未被直接捕捉的存在——暗物质。他们在合肥和杭州两个城市之间，搭建起一套基于核自旋的量子传感网络。五个实验装置如同分布在不同地点的“感官”，共同寻找暗物质可能留下的微弱痕迹。

暗物质是什么，依旧是科学界悬而未决的谜题。它不发光，几乎不与普通物质发生作用。人类推断它可能存在，是因为它对宇宙结构和星系运动产生了影响。但直到今天，人类仍没有实现对暗物质本身的直接探测。彭新华与团队正试图创造一种更灵敏的方式，尝试捕捉这一尚未被人类真正看见的物质信号。但对于暗物质探测来说，捕捉到疑似信号仅仅是开端，真正的困难在于区分真实信号与噪声。彭新华介绍，实验数据很早已经采集完成，但团队花费大量时间开展数据分析，审慎甄别观测到的微弱变化是否真正来自暗物质，而不是各类外界环境带来的干扰。

想要通俗阐释彭新华的研究并非易事。她深耕数十载的研究对象是微观粒子的内禀属性——自旋，这一概念对普通读者而言陌生而抽象，但并非脱离现实的纯理论探索。在彭新华看来，“世间一切物质现象，其根源都可以追溯至微观粒子的固有属性”。比如，自旋便与我们熟知的磁场现象、核磁共振成像技术关联。

早在二十岁时，彭新华便叩开了量子力学的那扇门。在中国科学院武汉物理与数学研究所，她的首个研究课题是利用核自旋体系去验证量子力学里最核心的一个特征——波粒二象性，在实验层面演示其互补性原理。她着手研究一个经典且充满思辨色彩的实验：杨氏双缝干涉实验。这也是量子力学发展史上最具代表性的实验。粒子究竟表现为粒子，还是波？在经典世界中，这似乎具有确定的答案，但微观世界却并不遵循人类的日常直觉。彭新华当时利用核磁共振体系，完成了这一经典实验的模拟复现。

那是彭新华科研道路上非常重要的一个瞬间，“以前大学里学过量子力学的知识，但那是我第一次真正亲手将其实现。”书本上抽象的公式和概念，变成了实验中真实的可观测现象。当她观测到那个代表着波粒二象性的干涉条纹出现时，她感受到一种强烈的震撼，“物理学史上这一极具颠覆性的经典实验，竟然在我的操作下实现了。”

对普通人来说，研究看不见的微观粒子是一项艰深晦涩的工作。但在彭新华看来，依托实验推演和理性思考去解锁世界的底层规律是让人陶醉的，她说：“人类虽然非常渺小，但能够和浩瀚宇宙展开对话，这本身便是一种极致的浪漫。”

一条少有人走的路

成为独立科研工作者之后，彭新华开始尝试触碰量子世界中更加深远的问题。2015年，彭新华作为第一作者在《Physical Review Letters》（简称PRL，物理学领域最具影响力的专业期刊之一）发表论文，实现了对李-杨零点（Lee-Yang zeros）的首次实验直接观测。

上世纪五十年代，著名的物理学家、诺贝尔物理学奖获得者李政道与杨振宁提出了一套描述相变现象的理论框架，其中一个重要概念是李-杨零点。它可以帮助科学家理解热力学体系中的相变过程，比如水结冰、液体沸腾、磁铁失去磁性等。但在很长一段时间内，李-杨零点仅停留在理论计算中。原因在于该物理概念对应复数磁场条件，而这种条件并不存在于现实实验环境中。彭新华团队的实验借助量子体系中的物理特性，让原本无法直接实现的条件获得了一种等效表达，通过测量一个探针自旋的量子相干演化，实现了对李-杨零点的直接观测。

那一年，彭新华还收到了一封来自杨振宁的邮件，提出到访其实验室参观交流。对年轻的研究者来说，这是一个奇妙的瞬间，不仅意味着得到认可，也像是与自己研究对象背后的科学史发生了一次连接。这是一次隐秘而幽微的科学探索：原本只存在于数学公式之中的对象，真正进入了人类的感知范围。在她看来，实验物理学家的工作，很多时候就是创造这样的入口。不知不觉，彭新华已经在核自旋的领域钻研了近三十载，她从未感到厌倦。

如果不出差，她的日常作息规律而紧凑。清晨六点，她会起床照料女儿上学，八点多抵达办公室，处理行政事务、上课，同时高频次跟课题组学生研讨科研进展。她格外享受和团队研讨的过程，这时她的思想总是最为活跃，“每开拓一个全新的研究方向，从初入陌生领域到逐步厘清问题、化解实验当中出现的各类异常，整个过程都会带来强烈的成就感。”

受高中物理老师的启发，彭新华少年时期便对物理萌生兴趣。但高考填志愿时，父母了解到从事物理研究的女性寥寥无几，觉得女孩子去学物理并不合适，身边也有朋友建议她转去生物专业。对于年仅十六岁的她来说，选择物理是一个有些大胆的决定，“内心并非没有过动摇，但我觉得物理挺好的，也比较喜欢。”

外界的声音最终没有影响她的选择，物理一直是她的爱好所在。本科阶段，她的学业成绩稳居年级前十，顺利保送到中国科学院武汉物理与数学研究所读研。2003年博士毕业后，她以洪堡学者身份，赴德国多特蒙德大学开展合作研究。三十岁时，她回国入职中国科学技术大学近代物理系，担任教授、博士生导师。

彭新华回忆，大学时期物理系班里的女生占比便不足四分之一，越往后走，女性研究者的身影愈发越少。时至今日，在高规格物理学术会议上，女性科研从业者依旧属于少数群体。一次赴乌鲁木齐参加七省物理学年会，她偶遇了另一位从事物理研究的女性。对方报告结束后便要仓促离场。彭新华正在会场听报告，中途走出会场时，对方主动上前问询：“您是不是彭新华？”身处同一男性占主导的研究领域，同为为数不多的女性从业者，二人渴望彼此相识。这次短暂相逢，两个身处小众赛道的研究者于人群之中认出彼此，这份惺惺相惜令她内心动容。

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“不确定性原理”

杂志拍摄期间，摄影师提议彭新华在透明书写板上写下若干物理公式。她写下了爱因斯坦质能方程、海森堡不确定性原理和薛定谔方程，它们几乎构成了量子物理的核心基石。书写过程中不小心出现笔误，她特意叮嘱工作人员，千万别选用书写错误的画面。

她最喜欢的公式是海森堡的不确定性原理——ΔxΔp ≥ ħ/2。该原理揭示，微观粒子的位置和动量，无法同时被无限精确测量。这个公式在某种程度上就像是现实世界的一种微观映射，她说：“我们知道，经典物理认为世界是确定性的，有因果律的。但在量子力学里，不确定性原理颠覆了经典物理的图像，也对传统因果律形成了一种挑战。实际上，人类与世间万物，本质上全部由原子、分子等微观粒子构成。从底层物理规则审视，我们所处的世界本身就处于一种不确定性。”

与不确定性共处，正是彭新华科研工作的常态。十余年前，彭新华团队着手搭建自主研发的零超低场核磁共振（ZULF NMR）实验平台。在这个平台开展实验时，团队观测到了一个反常现象：依据传统核磁共振理论，预期的谱峰相对强度应当与高场核磁共振结果保持自洽、呈对称分布；可实际测到的实验谱线，其峰高均出现明显不对称。最开始，团队将问题归因于实验本身，怀疑是仪器调试不到位或是参数设置偏差。经过反复调整各类实验条件，却始终无法得到理论预期的对称谱线。经过大量尝试之后，团队转换思路：异常或许并不在仪器误差，其背后潜藏着尚未被发现的新的物理机制。

她想到宇宙微波背景辐射（即宇宙中最古老的光）的发现历程。最初，科研人员将观测到的信号归为天线设备噪声，细致检修硬件，甚至清理天线之上的鸟粪和鸽巢，最终证实该信号源自宇宙深处，这一发现斩获了1978年诺贝尔物理学奖。彭新华团队最终发现，实验出现的这种谱线不对称并非误差所致，而是来源于探测系统本身的一种响应机制。实验中出现的反常现场，成为解读该物理体系的关键线索。这项成果解开了困扰国际同行多年的超低场谱线振幅不对称之谜，同时建立一套完整理论模型，实现了对该现象的定量描述，并说明了这一不对称信号具备二次利用的价值。彭新华始终追求真正的原创性探索，没有现成答案，更没有可供参照的路径地图。“特别是在前沿的无人区探索，挑战不言而喻，试错的概率也随之升高，但一旦成功，回报也可能最大。”

学术界存在量子意识的相关假说，认为人类的意识与量子力学的不确定性存在关联。依照这一假说，人在抉择之前，意识处于多种可能性的叠加态；选择完成之后，诸多可能性之中的一种转化为现实。彭新华觉得这个假说颇具启发性。在经典世界里，答案似乎早已存在，而量子力学提示人们，现实并不只有唯一一种可能性，正是多元可能性的存在，才赋予世界创造的空间、选择的权利和生命本身的丰富性。

正如女性是量子物理领域少有的身影，看似是某种客观存在的现实，在彭新华看来，这并不代表一种确定的逻辑，“人的自由意志赋予生命极为珍贵的价值，我们完全可以依靠自我选择，定义自己成为什么样的人。”

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