科学家终于解开困扰40年的“物体如何长大”之谜

德国维尔茨堡大学研究团队成功在二维实验体系中首次验证了KPZ（Kardar-Parisi-Zhang）理论，这是该理论自2022年在一维系统中被证实后的重大进展。KPZ理论用于描述非平衡态下各类表面生长现象（如晶体结晶、细菌菌落扩张、火焰前锋蔓延）的普遍规律——这类过程本质上是非线性的、随机的，且远离热力学平衡。由于相关演化发生在极短时间尺度（皮秒量级）和微小空间尺度上，同时精确测量其时空动态极为困难。研究团队构建了一套高度可控的超冷量子实验平台：将砷化镓（GaAs）半导体冷却至接近绝对零度（−269.15°C），再用激光持续激发，从而在材料内部产生名为“极化激元”的短寿命准粒子。极化激元是光子与电子空穴对（激子）的混合体，只存在于非平衡条件下，寿命仅几皮秒，恰好适合捕捉快速生长过程。通过精密调控激光激发位置与强度，并结合先进成像技术，研究人员实时追踪了极化激元在空间中的扩散与时间上的增长行为，定量证实其演化严格符合KPZ方程预测。该实验的成功依赖于材料层面的精准设计：利用分子束外延技术，在超高真空环境下逐原子调控多层镜结构厚度，形成高反射“量子薄膜”腔，使光子被有效囚禁并与激子强耦合，从而稳定生成可探测的极化激元。理论构想最早由科隆大学塞巴斯蒂安·迪尔教授团队于2015年提出；2022年巴黎团队实现一维验证；本次二维突破填补了关键空白，有力表明KPZ方程并非抽象数学工具，而是刻画真实世界非平衡生长现象的基础物理规律。