跳出百年物理范式 王恩哥院士团队20余载破译水的量子奥秘
北京7月8日电 题(ti)：跳出百年物理范式(shi) 王恩哥院士团(tuan)队20余载破译(yi)水(shui)的量子(zi)奥秘
记(ji)者 马(ma)帅莎
“做物理(li)研究，不(bu)要着(zhe)急(ji)，重在(zai)坚(jian)持????。只(zhi)要工作(zuo)是原(yuan)创的(de)，就会留在(zai)历史上????。”中(zhong)国(guo)科学院院士、北京大学(xue)物(wu)理学院教授(shou)王恩哥近日受访时(shi)说????。他(ta)带领(ling)团队(dui)花(hua)费20多年，聚(ju)焦寻常的水(shui)，实现(xian)基础(chu)研究“硬核”突(tu)破????。
7月8日，2025年度国家(jia)科(ke)学技术奖揭晓????。由王恩哥带(dai)领的团队凭(ping)借这项揭示“水的奥(ao)秘”的项(xiang)目——《水(shui)的(de)氢键(jian)强度及动(dong)力学过程(cheng)全量子效应研(yan)究》，获得国(guo)家(jia)自(zi)然科学奖一等奖????。
这项研(yan)究跳出沿用百(bai)年的玻恩-奥本海默近似，构建了(le)全量子物(wu)理研究理论方法，同时实现尖(jian)端(duan)仪器(qi)设备的自主研发，打破国(guo)外数十年的技术垄断(duan)????。
深耕冷门 把(ba)简(jian)单(dan)的事情做正(zheng)确
对于水这个生活中极为常(chang)见的存在，人类(lei)并未真正了解(jie)????。“水的结构如何”曾(ceng)被《科学》杂志列入本世(shi)纪(ji)125个最具挑战(zhan)的(de)科学问题????。
年近古稀的(de)王恩哥，将(jiang)学术生(sheng)涯的(de)很(hen)多时(shi)间倾(qing)注于水的研究????。他带(dai)领(ling)团队取(qu)得的重要突破之一，就是揭示了水的原子结(jie)构和全(quan)量子效应(ying)????。
在长(chang)达20多年的(de)探索(suo)道路上(shang)，面对“水有什么好研究的”“太普通了”等声音，王(wang)恩哥始终坚定不(bu)移(yi)地(di)沿(yan)着自己认定的方向往(wang)前走????。他坦言，这是个冷门(men)领域，但自己的目标，就是(shi)把看似“简单普(pu)通”的基本问题(ti)搞(gao)清楚，“把简单的(de)事情做正确”????。
跳(tiao)出百(bai)年范式 被忽(hu)视的“硬(ying)币”两面
百年来，科学家们(men)求解量子力学(xue)方(fang)程时，普(pu)遍(bian)使用玻恩(en)-奥本海默近(jin)似，这(zhe)成为(wei)预言和理解许多物理现象的出发点????。在该(gai)范式下，通常只(zhi)考虑电子的波动性，大(da)大简化了计算，但忽略了非绝(jue)热效应和原子核的量子(zi)属性????。
“核量子效应真的可以忽略不(bu)计吗？”这(zhe)一疑问长(chang)久萦绕(rao)在王恩哥心头(tou)????。对此，他提(ti)出将原子核(he)和电子同(tong)时(shi)量(liang)子化处理????。
他解释(shi)说，玻恩-奥(ao)本海默近似好比(bi)观察一(yi)枚放在远处的金属币，人(ren)们看不到它(ta)的(de)花纹与细节，只能根据硬(ying)币大小判(pan)断面额????。全量子效应好比(bi)观察(cha)一枚(mei)拿在手里的硬币，人们(men)可以(yi)清楚(chu)获(huo)取硬币两面刻画的信息——核(he)量子效应、非绝热效(xiao)应，而且它们之间(jian)存在(zai)关(guan)联耦(ou)合????。
打(da)破尖端仪器垄断 “看(kan)见(jian)”原子极限
为了(le)验证核量子效应，王(wang)恩哥(ge)选择水作为研究载(zai)体：水中(zhong)三(san)分之二(er)的原子是氢，氢是质量最小的原子，最接近电子质量，理论上它(ta)的核(he)量子效应(ying)最(zui)显著????。
然而，要“看见”水(shui)的原子结构(gou)并非易事????。氢(qing)的质量(liang)和尺寸都(dou)非常小，它(ta)就像一(yi)个“隐形(xing)”原子，很难在显微镜下捕捉到它并为其成(cheng)像????。
团队成员、北京大学(xue)物理学院教授江颖研发出高分辨扫(sao)描探针显微镜系统，原创了高阶静电(dian)力原子成像(xiang)技术，获得世界上(shang)首张水分子内部氢原子照片，实现了人(ren)类在表面(mian)上直接识别最小原子的梦想????。
这套(tao)中国科学家自(zi)主研(yan)制的实验(yan)设备(bei)，打破(po)了中国高端扫描探针显微(wei)镜近40年来(lai)长(chang)期依赖进口的被动(dong)局面，如今(jin)已实现国产商业化生产和(he)市场推广????。
巧驭(yu)全量(liang)子效应
理论与实(shi)验的(de)持(chi)续突(tu)破，孕育出(chu)广阔应用(yong)前景????。随着研究深入，全(quan)量子效应已发展成可调控的参(can)量????。
如同(tong)随着(zhe)温(wen)度变化，水的形态会发生改变，全量(liang)子效应(ying)也可以(yi)调(diao)控物态????。最近，团队利用这一方法制(zhi)备(bei)一种打破“冰规则”的二(er)维冰，在(zai)世(shi)界上(shang)首次实(shi)现了冰在常压(ya)下(xia)从绝缘态(tai)到金属态(tai)的(de)相变????。王恩哥(ge)指出，通过调控全量子效应发现(xian)的新物态、新(xin)物(wu)性，将为信(xin)息(xi)和能(neng)源领域带来颠覆性的(de)量子(zi)材料及量子器件????。
如今，在全(quan)量子效应(ying)理(li)论框架下取得的一系列研(yan)究成(cheng)果(guo)，已远(yuan)远超出王恩哥20多年前(qian)提出设想时(shi)的预期????。
从“盲人摸(mo)象”到建立起理论体系，回顾自己的科研(yan)道路，王恩哥表示，科学(xue)研究需要一步(bu)一个脚印推进????。这些年(nian)来，中国的(de)学术环境不(bu)断(duan)改善(shan)，希望年轻人耐得住寂寞(mo)，甘坐“冷板凳”，看到本质(zhi)的(de)科学问题(ti)，不放(fang)松、做下去????。(完)