水是生命之源，也是科学上极具魅力的物质。它的分子结构看似简单，仅由两个氢原子和一个氧原子构成，却表现出数十种反常特性。冰为何能浮于水面？热水为何有时比冷水结冰更快？在这些寻常现象的背后，隐藏着一个被忽略了近百年的秘密。
从2002年的一次学术争论出发，中国科学院院士、北京大学教授王恩哥带领团队在水的全量子效应这个“无人区”跋涉了25年。他们建立了全量子凝聚态物理研究新范式，研发出可识别氢原子的自主扫描探针技术，精准测得单根氢键键强的核量子效应，攻克水与冰微观结构的世界性难题。
前不久，王恩哥带领团队凭借“水的氢键强度及动力学过程全量子效应研究”，获得国家自然科学奖一等奖。日前，科技日报记者采访了王恩哥，听他讲述这段精彩的探索故事，以及多年来他对基础研究、团队建设和青年人才培养的思考。
自主研究实现“四个原创”
记者：什么是全量子效应？
王恩哥：我在《凝聚态物理的全量子效应》一书里，第一次给出了它的明确定义。微观世界的一个粒子，同时具有波和粒子两种特性，这就是波粒二象性。最经典的例子是电子。1897年，英国物理学家约瑟夫·汤姆逊证明了电子是粒子，还预测了它的质量大约是氢原子核的千分之一；30年后，他的儿子乔治·汤姆逊让电子穿过金属薄片，在对面产生了像水波一样的明暗交替的衍射条纹，证明了电子也是波。
1926年薛定谔方程建立之后，人们发现，一旦粒子数量多起来，想精确计算它们之间复杂的量子耦合作用，简直难如登天。1927年，物理学家玻恩和奥本海默为了简化计算，做了一个“聪明”的假设：原子核太重，运动太慢，干脆把它“冻”住，只考虑电子的量子行为。这就是著名的玻恩-奥本海默绝热近似。
但这里有一个根本性的问题：微观世界的粒子都有波粒二象性，原子核难道就只是一个经典粒子吗？它的波动性去哪儿了？大部分人的回答是：它太重了，波动性很小，可以直接忽略。
我们的工作，就是把电子和原子核所有的自由度统一起来描述，实现真正的全量子化。这就是全量子效应的基本概念。它包含两个核心物理过程：一个是核量子效应，也就是把原子核也量子化；另一个是非绝热效应，即电子和原子核之间的量子耦合与能量交换，而过去是把它们分开处理的，根本不考虑两者之间的能量交换。
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