新闻及香港科大故事

香港科技大学（科大）工学院研究团队成功研发了一种革命性的计算框架，深化了科学界对土壤、沙粒和药物粉末等颗粒材料动力学的理解。此突破性模型能透过综合分析水、空气及粒子间的相互物理作用，准确预测山泥倾泻，改善农业灌溉及石油抽取系统，并有助提升食物和药物的製造流程。 预测颗粒材料动力的挑战 固体颗粒材料（如：土壤、沙子，以及製药和食品生产中使用的粉末）的流动，是支配许多自然环境与工业过程的基本机制。理解这些颗粒与周边流体（如水、空气）的互动关係，对预测土壤崩塌或流体渗漏等状况至关重要。然而，现存模型在捕捉这些相互作用，尤其是当这些物质处于「不完全饱和状态」，因而牵涉到毛细吸力、黏滞力等複杂的计算因素在内时，要精准预测这些状况极为困难。 PUA-DEM革新颗粒模型范式 为应对这些挑战，科大土木及环境工程学系的赵吉东教授及其团队研发了「孔隙单元体 – 离散元模型」（简称PUA-DEM模型）。有别于传统模型多採用过度简化的单向流固耦合分析（如仅考虑流体对固体的单向影响等），PUA-DEM模型能综合计算颗粒、空气和水之间的物理交互动态，透过多向耦合分析，精准捕捉固体及流体的移动，并能准确模拟颗粒在不同饱和状态 (从完全湿透至完全乾燥的情况)下，压力释放程度的变化。 基于基础物理原理，这首创模型能精准预测流体和固体在交互作用下各种複杂状况，在岩土工程、环境科学与工业製造等领域，均有巨大的应用潜力。 颗粒模型应用广泛 研究团队正寻求与政府及业界合作，期望应用此技术以助解决现实生活的不同挑战。当中包括开发山泥倾泻早期预警系统； 透过模拟根土保水能力的交互作用以完善洒水灌溉策略；以及透过多方流体预测系统以协助改进现时石油採集以及碳封存工序的效率等。除此以外，新技术亦有望革新药物製造，透过更精准控制粉末的加工程序，使药物生产更安全和更高效，并有助确保药物剂量的一致性，从而提升疗效及改善病人预后。在食品製造方面，新技术可望革新咖啡、糖，以及婴儿配方奶粉等颗粒生产工序，改善其质地、溶解度以及保存稳定性等，亦有效减少耗能与浪费。

香港科技大学（科大）物理学系助理教授宋雪洋教授荣获2025年「裘槎麦德华前瞻科研大奖」，表彰她在凝聚态物理学的突破性研究。她的研究有望设计出高效导电或导热的材料，革新能源技术。宋教授将获裘槎基金会颁发500万港元研究资金，以支持其研究。 「裘槎麦德华前瞻科研大奖」是裘槎基金会最顶尖的奖项之一，旨在培育香港科研界的明日之星，获颁授此荣誉的学者需拥有卓越的博士研究工作、国际竞争力的研究成果，且对所属的研究领域有重大贡献。 解密量子世界   推进可持续未来 宋雪洋教授的研究聚焦「解密」量子材料，这些物质具超导体特性及粒子出现分数化行为，她专注在研究阻挫量子磁体、分数量子霍尔状态及奇异超导态等量子材料，探讨分数化与规范结构等新兴物理现象。她的研究运用对称性、反常现象及拓扑学等尖端框架，解析先进材料（尤其是二维系统，如转角系统）的物理特性与相变过程。透过结合理论、解析模型与计算模拟工具，她将基础物理结合实际应用，包括高效能材料与新型器件。 奖项推动量子材料创新 「对于能够荣获『裘槎麦德华前瞻科研大奖』，我感到无比荣幸与振奋」，宋教授表示，「凭借这份支持，让我们能放胆依循自己的好奇心以及兴趣所在进行研究，我的目标是揭开量子材料之谜，探寻为何一些材料有极其高效或反直觉的导电或导热能力，通过破解这些现象，我们可以设计新型材料，开创前沿、突破性的节能技术，并应用至小型电器，以至大型供电网络等不同层面。」

由香港科技大学（科大）物理系曹圭鹏教授领导的国际物理学家团队，最近在研究中首次在二维偶极超冷原子气体中观测到BKT相变，这项突破性研究对理解二维超流体在长程各向异性相互作用下的表现立下了新的里程碑。 在传统三维世界中，由冰融化成水这类相变一般都遵循对称性自发破缺规律。但早于1970年代便有前沿研究估计，二维系统中可能会发生一种独特的拓扑相变——Berezinskii-Kosterlitz-Thouless（BKT）相变，这种机制中涡旋─反涡旋对的配对驱动超流性形成，而无需传统对称性破缺，这种相变过程强烈依赖相互作用。自此，这现象主要在具有短程各向同性接触相互作用的各种量子系统中进行研究。 与传统超冷气体中的接触相互作用不同，偶极相互作用能够跨越整个系统，产生丰富的集体行为。研究团队通过实验证明了偶极相互作用如何改变BKT相变的临界参数。 「偶极相互作用为量子多体现象带来了新的维度。」领导该研究的曹教授解释道：「从微观角度看，这种相互作用具有方性和长程性，意味着粒子即使相隔较远仍能相互『感知』。 这挑战了我们对低维系统中有序态如何涌现的固有认知。」研究团队的观察指出，偶极气体的二维超流相变点仍遵循BKT相变，但依赖于相互作用的相变点会因偶极矩与平面法线方向的相对角度而发生偏移。 论文第一作者之一及曹教授的毕业生何逸飞补充道：「二维偶极系统是探索奇异量子相的理想平台。即使在中等强度的偶极相互作用下，当所有偶极子都指向平面内时，我们也在二维偶极超流体中观测到了独特的非局域效应和各向异性的密度之间的关联。未来通过进一步增强偶极相互作用强度，我们将有望观测到低维系统中更丰富的自发形成结构。」

香港科技大学（科大）近日邀得三名诺贝尔奖得主，与近200名师生和嘉宾作现场交流。 活动同时吸引了约2,000名来自内地各个高等院校的线上观众参与，彰显科大在推动跨学科创新，以及连结本地科研社群与全球思想领袖方面的努力。 作为今年「香港世界青年科学大会」暨「香江诺贝论坛」的主题活动，这场名为「我与科学家在一起：诺贝尔奖得主走进科大」的活动于4月14日举行，由科大与香港北京高校校友联盟（京校联） 合办。 三位享誉国际的诺贝尔奖得主分享了他们的真知灼见： •    May-Britt MOSER教授：2014年诺贝尔生理与医学奖得主，以发现大脑空间导航系统中的网格细胞闻名 •    Konstantin NOVOSELOV教授： 2010年诺贝尔物理学奖得主，因石墨烯和二维材料的卓越研究获奖  •    Didier QUELOZ教授：2019年诺贝尔物理学奖得主，因首次发现一颗围绕类太阳恒星的系外行星而改写了天文学史 这三位顶尖科学家分享了他们的科研历程以及对未来科学突破的展望，同时强调好奇心驱动研究的重要性。 科大校长叶玉如教授感谢一众贵宾亲临校园，并衷心答谢主办方和支持机构的精心安排。 她说：「今天的活动不仅让师生有机会与优秀的科学家交流，更能一同深入探索科学研究的本质。 科大自创校以来，一直秉持推动创新、研究与知识转移的使命，而这些诺贝尔奖得主所展现的好奇心、创造力与坚毅不屈的精神，正正是科大致力培养学生所具备的素质。 我期盼他们的科研历程，能启发师生们继续追求突破，透过跨学科、跨地域的合作，共同发掘知识的力量，造福社会。」 活动亦设有问答环节，让学生与研究员直接与诺贝尔奖得主交流。 环节由科大生命科学部吴若昊教授主持，讨论的议题涵盖材料科学、神经科学乃至天体物理学。

香港科技大学（科大）学者联同世界各地研究人员一同参与的研究项目，荣获被誉为"科学界奥斯卡"的2025年基础物理突破奖。该获嘉许的项目为欧洲核子研究组织（CERN）旗下的超环面仪器（ATLAS） 合作组，而科大团队参与了「上帝粒子」希格斯玻色子以及跨越粒子物理标准模型的新物理探索工作，为该研究作出了重要贡献。是次获奖不仅表彰ATLAS合作组在大型强子对撞机上进行突破性的高能量粒子碰撞研究，亦同时印证科大研究人员过去十年来，致力于研究创新的成果。 突破奖是全球最大的科学奖项之一，由Google联合创始人谢尔盖·布林（Sergey Brin）和Meta联合创始人马克·朱克伯格（Mark Zuckerberg）等科技界重量级人物共同创立。大会特别表彰ATLAS合作组于粒子物理领域的重大贡献，包括对希格斯玻色子性质的详细测量、稀有过程（rare processes）和正反物质不对称性（matter-antimatter asymmetry）的研究， 以及在极端条件下探索自然规律。 ATLAS 合作组汇聚全球243个机构的超过6,000名科学家、学生、工程师和技术人员。 自2014年加入合作组以来，由科大、香港大学和香港中文大学数十名研究人员组成的香港研究团队，在推进对希格斯玻色子及其相互作用的理解方面发挥了关键作用，以助科学界解开宇宙奥秘。 科大于2014年开始参与合作组，协助建设ATLAS渺子（muon）探测系统，并参与数据分析以探索新物理。香港团队在基础物理联合研究（JCFP）的框架下进行协作，成员包括10个来自科大赛马会高等研究院基础物理中心的物理学家、学生和工程师，他们领导测量希格斯玻色子性质、开发先进分析技术方面的工作，包括详细测量希格斯玻色子性质以确定质量生成对称性破缺机制、研究稀有过程和正反物质不对称性，以及在CERN的大型强子对撞机（Large Hadron Collider，LHC）上探索最短距离，和最极端条件下的自然规律。

香港科技大学（科大）物理系和化学系副教授潘鼎的课题组与数学系姚远教授合作，在超临界水中二氧化碳（CO₂）的复杂反应机制研究方面取得了重要发现。这些成果不仅对了解自然界和工程领域中二氧化碳矿化封存的分子机制有重要意义，对了解地球内部碳循环也同样重要，有助于为未来发展碳封存技术提供新的方向。研究结果已发表在《美国国家科学院院刊》*（PNAS）上。 二氧化碳在水中的溶解及其后续的水解反应是有效碳捕集和矿化储存的关键过程，对有助缓解全球变暖的碳封存技术意义重大。潘鼎教授领导的团队通过发展和应用第一性原理马尔可夫模型，揭示了在体相和纳米受限环境中二氧化碳与超临界水的反应机制。他们发现pyrocarbonate（C₂O₅²⁻）是纳米受限环境中稳定且重要的反应中间体，由于pyrocarbonate在水溶液中极易分解，无法稳定存在，故此前一直被忽视。这次pyrocarbonate的意外出现与受限溶液的超离子行为有关。此外，研究团队还发现碳酸化反应涉及沿瞬态水链的集体质子转移，这种转移在体相溶液中表现出协同行为，但在纳米受限条件下可逐步进行。此项研究展示了第一性原理马尔可夫模型在阐明水溶液中复杂反应动力学方面的巨大潜力。

由香港科技大学（科大）物理系和化学系副教授潘鼎带领的研究团队，近日在深地条件下C-H-O-N流体中有机分子的非生物合成与稳定性研究中，取得重大进展。 研究为生命起源的潜在场所提供了新启示，成果已发表在Journal of the American Chemical Society《美国化学学会期刊》*上。 生命起源是一个引人入胜的科学问题，多年来吸引了众多研究者的关注，并提出了许多理论，但至今仍未能完全解开这项谜题。 早在大约150年前由达尔文首先提出生命可能诞生在一个温暖的小池塘中，到后来被Alexander Oparin和J. B. S. Haldane发展为著名的「原始汤」理论，即无机小分子在原始地球通过反应生成第一批有机化合物，通过进一步的转化，「汤」中出现了更复杂的有机聚合物，最终产生了生命。 1953年，著名的Miller-Urey实验通过模拟原始地球大气层受闪电的影响对这假设进行了验证。 在众多学说中，深海热液喷口的极端压力及温度普遍被认为有符合生命起源的条件，但一些研究亦指出，喷口中的高温可能会迅速降解水溶液中的关键生物分子，影响生命的诞生。

香港科技大学（科大）物理系刘军伟教授与上海交通大学（上海交大）贾金锋教授和李耀义教授领导的合作研究团队在拓扑晶体绝缘体碲化锯的超导涡旋上发现了一种新的马约拉纳零能模（Majorana zero modes，MZMs），同时研究出利用晶体对称性调控MZMs间的杂化方法。 这项最新发现开辟了实现容错量子计算机的新途径，研究结果发表在《自然》期刊*上。 MZMs是超导体中的零能量的、拓扑非平庸的准粒子，其粒子编织方式是非阿贝尔的，即是即使交换次数相同，以不同次序交换粒子，也会产生不同的量子态（图2a）。 这特性与电子和光子等一般粒子截然不同，因为一般粒子的量子态和交换的次序无关（图2b）。 MZMs的这项扭结编织特性可以保护MZMs免受局域的干扰，所以它们是实现容错量子运算的理想平台。 虽然近年科学家发展出人工制造拓扑超导体的方法，但由于在实验室中实现MZMs编织所需特定磁场，又难似控制对MZMs之间的杂化，而这些实验中的MZMs相距亦甚远，一直无法成功耦合MZMs。 科大的理论研究团队和上海交大的实验团队合作，利用制备拓扑材料、以扫瞄穿隧显微镜测量和大规模数值模拟的丰富经验，研究出崭新方法来耦合MZMs，突破过往实验的瓶颈。 他们在碲化锯中发现了一种受晶体对称性保护的MZMs，首次证实了多个MZMs能同时存在于同一超导涡旋中; 在不涉及远距离移动MZMs和强磁场的情况下，破坏磁性镜像对称性，同一涡旋中操纵了MZMs的杂化。 （图3）