科学家们发现水波是一个全新的探索拓扑物理的平台

复旦大学物理系教授资剑、石磊团队、河南大学、新加坡南洋理工大学、西班牙圣赛瓦斯蒂安国际理论物理中心等研究机构的研究人员发现，水波涉及到复杂的流体力学效应，可以用结构丰富的拓扑矢量场控制颗粒，揭示了经典重力波系统中的自旋轨道耦合和锁定机制，开辟了水波力控制物体运动的研究领域。2月6日，《自然》发表了相关研究。

拓扑学是物理学界普遍关注的研究内容，广泛应用于材料科学、量子物理、光学和凝聚物理，促进了科技的深刻变革。近年来，拓扑效应逐渐被引入经典的起伏系统，如电磁波、声波和液体表面波(水波)，成为基础物理研究和应用技术的新交汇处。

传统上，水波被简化为横波，起伏中的颗粒只上下移动。事实上，这些颗粒具有显著的斯托克斯位移效应和矢量特征，具有复杂的椭圆轨迹运动。

在简单的三波干预场中，剑团队成功生成了各种拓扑水波结构，系统揭示了拓扑水波系统中丰富的表现形式。科研人员利用自主开发的液体表面波测试观测平台和随意控制液体表面波的相控阵技术，在水面上完成了粒子的自由控制，首次证实了拓扑水波场在粒子精确控制中的应用潜力，表明粒子可以通过控制波场的拓扑特性来实现更稳定、更灵活的控制。

值得一提的是，这项研究通过各方的密切合作，促进了起伏物理、拓扑物理和实验技术的融合。基于国际合作开发的算法，研究团队分析了液体表面波质元的所有信息，如运动轨迹和旋转方向，只测量了液体表面波的部分信息，揭示了以前学术界没有注意到的复杂现象。

目前，研究小组正在为基础教育开发一个相对简化的实验平台。平台不仅可以包含中学物理概念，如映射、反射和散射，还可以显示更复杂的相位关系，让学生在实际操作中观察到这些现象，激发学生的学习兴趣和探索精神。

研究小组表示，下一步将继续优化实验平台，研究拓扑水波结构中更丰富的物理特性，探索拓扑水波在颗粒控制、机器人控制、水面漂浮物控制、水能应用等方面的潜在应用。，并为光学、声学等学科的拓扑结构波研究提供更多的理论支持和实验依据。