攻克水、冰结构世界公认难题 这个团队获国家自然科学奖一等奖

2025年度国家科学技术奖获奖名单中，北京大学物理学院的王恩哥研究团队，凭借“水的氢键强度及动力学过程全量子效应研究”成果，获得国家自然科学奖一等奖。该成果在国际上引领凝聚态物理研究新范式。

1926年，薛定谔方程问世，对微观世界量子实体的波粒二象性给出了统一描述。次年，物理学家玻恩和奥本海默基于原子核质量远大于电子的事实，提出著名的“玻恩-奥本海默近似”。在该范式下，通常把原子核当作经典粒子来处理，只对电子进行量子化。此后近百年，凝聚态物理领域几乎把“玻恩-奥本海默近似”作为研究物理问题的出发点。北京大学物理学院王恩哥研究团队用二十余年时间，建立了超越“玻恩-奥本海默近似”的物理研究框架，实现电子与原子核自由度全量子描述，首次“看见”水分子中的氢原子和识别单根氢键，定量揭示核量子效应对氢键的重要贡献，重新理解水、冰等轻元素物质背后的深层物理规律。

中国科学院院士 北京大学物理学院教授 王恩哥：原子如果不单单看成粒子，还要看到它的波动性会带来哪些新的物理？我们的研究大概就是从这条路线开始了。我就想如何超越“玻恩-奥本海默近似”，把电子和原子核的自由度都考虑到，就是全量子描述。项目首次定量地测出了单根氢键中核量子属性的贡献，确定了全量子效应的普适作用规律，攻克了水、冰结构的世界公认难题。这些研究极大地扩展了人们对微观世界原子波动性的认知。

今天，全量子效应研究的意义早已不止于“水”本身，也成为解决轻元素凝聚态体系物理问题的一种新范式，有望为量子材料、能源转换、生命过程相关问题提供新的解决方案。

北京大学量子材料科学中心主任 江颖：通过实验和理论的结合，去研究到底原子核的量子效应是怎么去影响水的结构、影响它的物性，对于水的各方面的应用都是非常重要的。比如水解制氢，就是我们氢能的最主要的来源。在某些电极表面如果不考虑核量子效应，那么这个水根本不会分解，只有考虑核量子效应的时候才会分解。核量子效应的研究对于氢能的获取起到了至关重要的作用。水的核量子效应对于生命体非常重要，比如酶的催化、蛋白质的折叠、水通道的输运、质子通道的输运等等。