1931年英国物理学家狄拉克在理论上预言了磁单极子的存在，后者可以像电子产生电场一样，携带磁荷并在空间中产生磁场。随后包括粒子物理的大统一理论和弦理论在内的统一理论均包含了这一神奇的粒子。但迄今为止，这种基本粒子仅仅停留在假想中，从未在实验上被直接观测到。近年来，随着量子调控技术的蓬勃发展，科学家通过实验室操控不同量子系统，在合成维度上已经可以观测到不同的磁单极子类型。最近，来自美国麻省理工学院和比利时布鲁塞尔的合作研究团队，利用金刚石中的氮空位色心缺陷，基于精确的量子调控，在四维合成维度中观测到一种由弦理论预言的新奇的张量场和对应的张量磁单极子。这一研究成果意味着量子模拟或可用于研究弦理论预言的奇异拓扑结构以及模拟凝聚态系统中非传统费米子的激发。该论文发表在今年3月的《科学》杂志上，西安交通大学物理试验班2017届毕业生李长昊为文章共同第一作者。

照片由Gretchen Ertl拍摄于MIT校园

李长昊同学2013年从山东省商河一中考入西安交通大学，经过入学选拔进入物理试验班。试验班在科研方面为学生提供各项鼓励政策和国际化培养，得益于此，李长昊在本科期间先后赴美国圣母大学和加州大学伯克利分校学习和科研。与此同时，李长昊也积极参与校内科研训练，在物理学院李蓬勃教授指导下，以第一作者身份在《物理评论A》(Physical Review A)上发表了基于金刚石氮色心的量子调控理论工作，成为他科研道路的起点。2017年本科毕业，毕业论文获学校优秀毕业论文，之后年仅20岁的李长昊于当年赴美国麻省理工学院攻读量子物理博士研究生，研究方向为量子传感和模拟等。在本篇工作前他曾在《物理评论快报》（Physical Review Letters）等期刊发表多篇论文。特别是2021年，以李长昊为第一作者，研究团队在《纳米快报》（Nano Letters）上发表了一种通过测量金刚石氮色心辐射荧光量来快速、低成本探测新冠病毒量的全新方法，引发了大量报道。今年3月，李长昊被选为MIT NSE亮点人物报道，全面介绍了他的出色科研工作和成长经历，其中特别提到物理试验班经历对他成长的帮助（“Li went on to pursue physics at Xi’an Jiaotong University,…University gave Li the ability to study in the United States for parts of his sophomore and junior years of college. Through exchange programs, Li attended University of Notre Dame for two months of summer research in 2015 and attended the University of California, Berkeley, during 2016, his junior year.”）

西安交通大学是国内首批开展“基础学科拔尖学生培养试验计划”的十一所高校之一，2009年开始设立物理试验班。2020年，物理学科再次首批进入“拔尖计划2.0”。多年来，物理学院始终坚持为试验班配备一流师资，强调个性化培养，鼓励学习科研相结合。十余年间，物理学院与16所国际一流大学和科研机构签订联合培养协议，力推国际化培养，资助学生赴世界一流名校的学习和科研。近五年，物理试验班学生在校期间获得专业学术团队竞赛全国特等奖/一等7项，国际、国内各类奖项30多人次；在《自然物理学》（Nature Physics）、《自然材料》（Nature Materials）、《物理评论快报》（Phys. Rev. Lett.）等顶级学术期刊发表论文40余篇；承担国家级大创项目20余项。物理试验班自2009年开始招生，本科毕业深造率超过92%，其中有40%以上的学生赴哈佛、普林斯顿、加州大学伯克利分校、清华、北大等世界名校攻读物理学博士学位。包括李长昊在内的多位优秀毕业生进入诺奖、国际重大科学计划团队，近年来成绩斐然，在Nature、Science发表论文多篇，在学术和专业领域崭露头角。

论文链接：https://doi.org/10.1126/science.abe6437

MIT NSE报道链接：https://web.mit.edu/nse/news/spotlights/2022/changhao-li.html