一滴水,看似寻常,却藏着学术界最顽固的谜题。今年7月,2025年度国家科学技术奖揭晓,北京大学物理学院王恩哥院士、江颖教授带领的团队凭借“水的氢键强度及动力学过程全量子效应研究”,荣获国家自然科学奖一等奖。这份沉甸甸的荣誉背后,是科研工
王恩哥选择以“水”作为突破口,正因水中三分之二的原子是质量最小的氢,最有可能显现出显著的核量子效应。“20多年前,许多人都会说‘水这么普通的东西怎么还会有问题存在?’”回忆起当年的选择,王恩哥的回答笃定而朴素:“过去的研究都在传统框架之下,我们想要把简单的事情做对,就是不简单。”
真理的验证,终究要落脚于无数次实验的打磨之中。2010年初,刚从海外完成博士后工作的江颖回到北大。时任北大物理学院院长的王恩哥找到他,谈了整整一个下午。王恩哥向江颖抛出的并非当时学界趋之若鹜的热门课题,而是一个看起来充满未知甚至带着几分冒险色彩的设想:能否在实验中真正测到水中原子核的量子效应?
江颖坦言,自己起初“将信将疑”。原子核质量是电子的1800多倍,其量子效应微弱到几乎难以观测。但重要的科学发现往往源于传统框架之外的“不可能”,江颖决定接下这个挑战,试一试。
这一试,就是十几年。要“看见”水的原子结构绝非易事。氢原子质量极轻、尺寸微小,宛如一个极难捕捉的“隐形”幽灵,令传统显微镜在它面前屡屡“失明”。江颖带领团队从零起步,在无数次调试、比对与推翻重来中,持续改进高分辨扫描探针显微镜,最终发展出的高阶静电力扫描探针技术,一举攻克两大实验技术壁垒。
2014年,当水分子内部单个氢原子的图像首次在显微镜下清晰呈现时,团队实现了人类在表面直接“看见”最小原子的梦想。
不止步于“看见”。团队首次测定单根氢键中核量子效应的贡献,发现氢原子核协同隧穿新机制,制备出颠覆“冰规则”的二维冰,发现全量子效应调控的新物态……“过去,物理人的梦想是超越‘玻恩—奥本海默近似’,去研究发现新物理;如今,我们攻克了实验和理论的一道道难关,使得这个一直处于徘徊状态的领域有了明确突破方向,并引领世界上全量子凝聚态物理及相关学科快速发展。”王恩哥表示,通过调控全量子效应发现的新物态、新物性,将为信息和能源领域带来颠覆性的量子材料及量子器件。
王恩哥时常告诫团队成员:“做科研切忌盲目跟风、追逐热点,要敢于直面真正重大的科学难题。”正是这份定力,让团队在无数个“看不到希望”的日子里,依然能沉下心来,一根氢键一根氢键地测,一个原子一个原子地看。
江颖则坚持以仪器研制驱动原始创新,通过实验与理论计算的深度融合,解决悬而未决的争论。从自主研发尖端科学仪器设备到实现国产商业化生产,他带领团队打破我国高端扫描探针显微镜依赖进口的被动局面。
获奖从来不是终点。如今,这支团队已再次踏上新征程,向着极端受限水、轻元素量子材料、全量子调控新物态等前沿课题进发。
支撑他们不断向科学深水区挺进的,正是那份对基础研究最纯粹的敬畏与执着。“真正的基础研究,往往始于一个最普通的问题,也需要最长久的耐心。”王恩哥相信,许多今天看似遥远的探索,终将成为未来理解世界、改变世界的重要基石。
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