罕見超新星揭開恆星內部祕密，科學家首直接觀測到恆星「心臟」物質

就像撕裂的傷口深可見骨，天文學家首次直接觀測一顆恆星經歷罕見爆炸後露出的核心結構，證實多年同心理論模型，並揭開恆星內部元素形成關鍵過程。

長期以來，理論模型預測恆星內部像洋蔥一樣呈現不同元素組成的同心結構，從外層氫殼、氦殼到核心重元素鐵等，驗證理論途徑之一是大質量恆星經歷超新星爆炸前的行為。

一顆大質量恆星走向死亡過程會依序脫落從外到內的物質，於周遭形成不同元素組成的殼層結構，只不過最終爆炸攪合各層物質，因此難以詳細觀察，尤其富含氧、矽、硫的內層通常在恆星爆炸前幾個月才出現，被掩埋在一層又一層材料之下且燃燒週期短，天文學家過去一直無法直接觀察到此層。

▲ 恆星內部物質具有同心分層結構。（Source：NASA）

迄今為止，在所有已知超新星觀察到的材料主要為前 2 個燃燒週期（外層）產生的氫、氦、碳層。

然而 2021 年 9 月 6 日，多個天文觀測設備（包括地面天文台、太空衛星）捕捉到一場奇怪超新星爆炸事件 SN2021YFJ，西北大學天體物理學家 Steve Schulze 團隊分析後竟識別出靠近恆星核心的矽、硫、氬氣層，首次直接觀測到恆星內部物質。

研究人員認為，這顆垂死恆星在走向超新星爆炸階段前，可能還經歷其他更動盪形式導致內層物質向外彈出，或者說爆炸前已露出內殼。

雖然目前仍只有 SN2021YFJ 這個例子能驗證恆星的同心模型，但也強調宇宙存在其他罕見超新星類型，能幫助科學家更理解恆星性質與演化史。

新論文發表在《自然》（Nature）期刊。

量子躍動：科大物理學家探尋「完美」材料 革新能源技術 獲500萬港元資助

科大物理學系助理教授宋雪洋教授榮獲2025年「裘槎麥德華前瞻科研大獎」，表彰她在凝聚態物理學的突破性研究。她聚焦解密量子材料，其研究有望助設計出新型材料，開創前沿、突破性的節能技術，並應用至小型電器，以至大型供電網絡等不同層面。

香港科技大學（科大）物理學系助理教授宋雪洋教授榮獲2025年「裘槎麥德華前瞻科研大獎」，表彰她在凝聚態物理學的突破性研究。她的研究有望設計出高效導電或導熱的材料，革新能源技術。宋教授將獲裘槎基金會頒發500萬港元研究資金，以支持其研究。

「裘槎麥德華前瞻科研大獎」是裘槎基金會最頂尖的獎項之一，旨在培育香港科研界的明日之星，獲頒授此榮譽的學者需擁有卓越的博士研究工作、國際競爭力的研究成果，且對所屬的研究領域有重大貢獻。

解密量子世界   推進可持續未來

宋雪洋教授的研究聚焦「解密」量子材料，這些物質具超導體特性及粒子出現分數化行為，她專注在研究阻挫量子磁體、分數量子霍爾狀態及奇異超導態等量子材料，探討分數化與規範結構等新興物理現象。她的研究運用對稱性、反常現象及拓撲學等尖端框架，解析先進材料（尤其是二維系統，如轉角系統）的物理特性與相變過程。透過結合理論、解析模型與計算模擬工具，她將基礎物理結合實際應用，包括高效能材料與新型器件。

獎項推動量子材料創新

「對於能夠榮獲『裘槎麥德華前瞻科研大獎』，我感到無比榮幸與振奮」，宋教授表示，「憑藉這份支持，讓我們能放膽依循自己的好奇心以及興趣所在進行研究，我的目標是揭開量子材料之謎，探尋為何一些材料有極其高效或反直覺的導電或導熱能力，通過破解這些現象，我們可以設計新型材料，開創前沿、突破性的節能技術，並應用至小型電器，以至大型供電網絡等不同層面。」

由物理奧賽金牌至量子前沿研究

宋教授對物理學的熱情始於高中，她曾參與第14屆亞洲物理奧林匹克並奪得金牌，其後於北京大學攻讀物理學學士，畢業後前往哈佛大學攻讀物理學博士學位。在加入科大前，她曾於麻省理工學院任博士後研究員。

如欲了解更多宋教授的研究及其潛在應用，請瀏覽其科大教職員頁面（https://physics.hkust.edu.hk/people/xueyang-song-songxueyang）。

關於香港科技大學
香港科技大學（科大）（https://www.hkust.edu.hk/） 是國際知名的大學，致力推動創新教學、卓越研究及具影響力的知識轉移。科大著重為學生提供全面及跨學科的教學，於《泰晤士高等教育全球年輕大學排名榜2024》中排行第三，在《泰晤士高等教育大學影響力排名2024》中全球排第19、全港第一。另有 13 個科目躋身《2025 年 QS 世界大學學科排名》全球50強，其中「數據科學及人工智能」學科全球排名第17位，蟬聯本地大學之冠。此外，科大在全球大學就業能力排名中，一直位處全球首30名以內，反映畢業生極具競爭力。在研究及創業創新方面，逾八成的科大研究，於香港的大學教育資助委員會最新的「2020研究評審工作」被評為「國際卓越」或「世界領先」水平。直至2025年5月，科大成員共創立了逾1,800間至今活躍的初創公司，當中包括10間獨角獸企業和17間成功退場的公司（上市集資或被併購）。

2025年度邵逸夫天文學獎

平均頒予約翰・理察・邦德 （John Richard Bond)）和喬治・艾夫斯塔希歐 （George Efstathiou），以表彰他們在宇宙學方面的開創性工作，尤其是他們對宇宙微波背景輻射漲落的研究。他們的預測已得到大量地面、氣球和太空觀測儀器的驗證，從而精確測定出宇宙的年齡、幾何結構和質能含量。約翰・理察・邦德是加拿大理論天體物理研究所教授暨多倫多大學教授。喬治・艾夫斯塔希歐是英國劍橋大學天體物理學教授。

邵逸夫獎亦表彰邦德和他的合作伙伴提出了「宇宙網」的概念，這是一個由細絲和薄片構成的網絡，將單個星系與更大的結構 （如星系團和星系群）聯繫起來。他們還建立了一套高斯隨機場峰值統計的數學理論，這是人們理解宇宙中星系聚集現象的基礎，並為人們理解早期宇宙膨脹階段產生的原始非高斯性作出了奠基性的貢獻。

而艾夫斯塔希歐則一直是研究星系成團和星系演化的領軍人物之一，其研究基於規模日益龐大和觀測深度不斷拓展的星系巡天數據。他早期便倡導宇宙的質能由暗能量所主導，並與合作伙伴共同開發了N體模擬技術，作為研究宇宙大尺度結構的有力工具。此外，他還在普朗克航天器數據分析中擔任主導角色。

原文網址: https://www.hk01.com/article/60242225

港大物理學家探索量子世界的新突破 透過退禁閉量子臨界點揭示量子物理學中的隱藏秩序

 量子物理學是一個充滿神秘的領域，其中粒子的行為往往違背我們所熟悉的物理規則。而在這個奇妙世界中，隱藏着一個令科學家着迷的謎題：退禁閉量子臨界點（deconfined quantum critical points，DQCPs）。這種特殊的量子現象發生在兩種有序態之間，徹底顛覆了經典物理對相變（有序態與無序態的轉換）的理解。

近日，香港大學（港大）物理學系孟子楊教授與博士研究生宋孟涵，聯同香港中文大學、耶魯大學、加州大學聖塔芭芭拉分校、波鴻魯爾大學及德勒斯登工業大學的研究團隊，成功揭示了DQCP的部分本質。該研究提供了突破性的證據，顯示量子物質在這些神秘臨界點的行為可能包含尚未被理解的新物理規則。這項研究已在《科學進展》（Science Advances）上發表，並有望重塑我們對量子力學、材料科學乃至宇宙本質的認知。

從退禁閉量子臨界點看秩序之間的轉換
在日常生活中，水結成冰或蒸發成蒸氣的過程稱為「相變」，這些現象都是可由經典熱力學完美解釋。然而，在量子世界中，相變的驅動因素並非温度，而是粒子在微觀尺度上的量子漲落——即粒子的隨機運動。量子相變通常發生在絕對零度（-273.15℃），其特徵是在一個特殊的點——量子臨界點上發生。傳統上，量子臨界點被視為有序態（粒子規則排列）與無序態（粒子混沌運動）之間的分界，其理論基礎由凝聚態物理的「聖杯」、朗道理論來奠定；然而，退禁閉量子臨界點（DQCPs）卻徹底打破了這個範式。

DQCPs並非分隔有序與無序的邊界，而是存在於兩種不同的有序態之間。這種「秩序與秩序之間的轉換」徹底顛覆了傳統相變理論，引發了學界數十年關於其本質是連續相變（平滑漸變）還是一級相變（劇烈突變）的激烈爭論。

糾纏熵：打開量子黑盒子的金鑰
為了研究這奇特的量子現象，港大研究團隊透過量子蒙特卡洛模擬（一種量子系統的電腦建模方法）與理論分析的深度結合，系統性地研究了二維SU(N)自旋模型（一種能實現DQCP的晶格模型）中的糾纏熵行為。糾纏熵是一種描述粒子量子關聯強度的物理量，猶如一扇窺探量子系統深層結構的窗口，能窺探量子系統的深層結構。

研究發現了突破性的證據：當對稱性參數N較小時，退禁閉量子臨界點處的糾纏熵呈現反常「對數行為」，即糾纏熵隨系統大小以對數函數增長，而非傳統理論預測的線性或其他標度行為。這一結果與傳統連續相變理論的預測直接矛盾，顯示在低N的情況下，DQCPs可能無法用傳統連續相變理論描述，暗示量子漲落中存在尚未被認知的新物理機制。更具顛覆性的是，團隊發現了對稱性參數N的關鍵閾值效應：當N超過該閾值時，DQCPs展現出與共形不動點一致的行為特徵，顯示系統在此條件下可能真正實現了連續量子相變。這項發現為統一理論解釋提供了關鍵線索，表明量子臨界行為可能對系統對稱性具有高度敏感性，只有在特定條件下才能展現連續相變的特性。

此研究的深遠意義
退禁閉量子臨界點（DQCPs）提供了一個獨特的窗口，讓我們可以深入探索量子力學、對稱性與臨界現象之間的複雜關係。了解它們的本質可能帶來以下幾方面的重要啟示：
1. 奇異量子態：DQCPs與量子自旋液體等新奇物態密切相關，後者被認為是拓樸量子計算的理想載體。
2. 基礎理論革新：挑戰朗道-金茲堡範式，推動發展超越傳統對稱性破缺理論的新框架。
3. 科技革命前瞻：提供設計高溫超導體、量子磁性材料等全新理論指導。

退禁閉量子臨界點作為量子力學中的重要課題，位於現代物理研究的前沿，展現了探索未知領域的巨大潛力。透過對糾纏熵與 SU(N) 自旋模型的深入分析，研究者逐步揭示了這些臨界現象的內在機制，為理解量子臨界點的本質邁出了重要一步。

以上研究以 《Evolution of entanglement entropy at SU(N) deconfined quantum critical points》為題，發表在國際知名期刊《科學進展（Science Advances）》。如欲參閱完整論文，可透過以下連結瀏覽：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adr0634

本新聞稿內容以英文版本為準。

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裘槎科學周2025

裘槎科學周為香港年度科學教育盛事，讓年輕一代體驗生活中的科學。

透過多元化的免費雙語活動及工作坊，鼓勵參加者主動探索及思考科學與生活的關係。

自2018年以來，已有超過320,000 名學生、家長及教師參與其中。為支援學校教育，計劃特設多項校園活動，包括科學劇場巡迴演出、網上工作坊及教學資源，協助教師推動科學教育。

裘槎科學周由裘槎基金會資助，並由裘槎基金會、教育局及香港科學館聯合主辦。裘槎基金會是獨立私人基金會，致力提高本港的自然科學、科技和醫學水平。

今年裘槎科學周活動將圍繞日常生活中的科學，讓參加者更充分了解及學習科學知識與日常生活之間的關聯。所有活動均免費參與。詳情及活動報名請往裘槎科學周網頁。

裘槎科學周網頁：https://croucherscienceweek.hk/hk