想象一下，试图在一锅沸腾的开水中，完好无损地保存一件精致的冰雕——在物理学家眼中，让“拓扑”与“临界”这两个概念共存，难度不亚于此。
几十年里，学界认定这两种性质水火不容：拓扑必须站在能隙之上，而临界恰恰是能隙消失的地方。
如今，这个被视为物理学禁区的铁律，被彻底打破。
北京时间10月7日晚，国际顶级学术期刊《自然》（Nature）同期发表两篇关于“临界拓扑”的重量级实验研究论文。宁波东方理工大学理学部助理教授余雪佳作为两篇论文的共同通讯作者，为这两项独立实验提供了贯穿始终的核心理论支撑。新加坡南洋理工大学张柏乐教授团队与中国科学技术大学蒋建华教授团队主导完成两项实验。
从“禁区”到“新大陆”
在传统教科书中，拓扑与临界点几乎是一对“宿敌”。
拓扑，关心的是物体在连续变形下保持不变的整体性质。比如，一只咖啡杯和一只甜甜圈，在拓扑学家眼中是“同类”。这种数字化的刚性，赋予了拓扑物态天然的稳定性。
临界点，则是相变的另一极——水在沸点变成蒸汽，磁铁在居里点失去磁性；在临界点附近，系统的微观细节被彻底磨平，只剩长波尺度的集体行为，看似无关的系统归入同一个“普适类”。
对拓扑和临界这两大领域的研究，分别催生了2016年（授予拓扑物态研究）和1982年（授予临界现象理论）的诺贝尔物理学奖。几十年来，这两座物理学的“高峰”被视为互不相容：临界是无能隙的，而拓扑需要能隙；临界是连续的，拓扑是离散的。
“长期以来，人们普遍认为，能隙的闭合会破坏拓扑物理。”余雪佳在谈及研究初衷时表示，“但我与合作者近几年一直在思考一个问题：拓扑与临界是否真的水火不容？有没有可能，拓扑以某种方式丰富了我们对相变与临界现象的认识？”
带着这个疑问，包括余雪佳在内的少数理论物理学家开始了长达数年的理论深耕。然而，将不可能变为可能并非一蹴而就，而是一场漫长且孤独的远征。
“当我们最初提出‘临界点可以存在拓扑’的设想时，面临过很多专家同行的质疑。”回首这段历程，余雪佳感慨万千。
从2022年提出量子临界点的拓扑分类理论，到2024年提出广义拓扑体边对应关系，再到2026年进一步将相关理论拓展至非平衡动力学。余雪佳团队与国际同行一起，一步步在理论的荒原上，构建起了“临界拓扑”的完整理论框架。此外，余雪佳教授还与北京大学教授徐莉梅、浙江大学讲席教授林海青院士一起合作，受邀在国际顶级综述《物理学报告》（Physics Reports）发表该领域首篇长文综述，系统梳理了“临界拓扑”发展脉络。
东方理工智慧，点亮两座实验灯塔
尽管理论蓝图日渐清晰，实验却始终无法跟上。
要在真实物理系统中精准地到达临界点，同时让体态完全无能隙，还要在漫天涨落的背景噪声中“捕捉”到拓扑边缘态的信号——这几乎等于让一列高速列车在悬崖边缘精确停稳，还要测出车轮上的一粒尘埃。
因此，多年来所有关于临界拓扑的激动人心预言，都只能停留在纸面与数值模拟中。
为了跨越从理论到现实的鸿沟，余雪佳携手国内外顶尖实验团队，将东方理工的“理论智慧”注入到两项截然不同的实验设计中，最终利用声学超材料这一人工结构平台，在实验上清晰观测到了临界拓扑现象，实现了从零到一的突破。
作为这两篇《自然》论文的共同通讯作者,余雪佳在实验相关的理论建模、机制阐释与物理图像分析方面提供了核心支撑。
在第一项题为“Observation of critical topological phase transition”的工作中，实验团队基于前期余雪佳提出、并与合作者共同发展的理论方案，成功观测到一维弗洛凯临界点处的拓扑零能模与π模，实现了临界拓扑现象。新加坡南洋理工大学博士后研究员程哲宇、西北工业大学博士后研究员张秀海为共同第一作者；余雪佳与中国海洋大学教授周龙文、新加坡国立大学讲席教授龚江滨、新加坡南洋理工大学教授张柏乐为共同通讯作者。
在第二项题为“Experimental observation of critical topology”的工作中，实验团队则采用余雪佳教授提出的广义Li-Haldane体边对应关系，通过纠缠谱在实验上实现了对一维与二维临界拓扑现象的观测。香港大学博士后研究员林志康、中国科学技术大学博士生王立威、苏州大学博士生孔泽霖为共同第一作者；余雪佳与香港大学讲座教授张霜、中国科学技术大学讲席教授蒋建华为共同通讯作者。合作者还包括香港大学博士后研究员周尧和浙江大学讲席教授、中国科学院院士林海青。
当“宿敌”握手，开启物理学新篇章
两篇论文，两个独立实验，同一个理论源头——宁波东方理工大学余雪佳团队提供了贯穿这两项工作的核心理论支撑。
从“不可能”到“已实现”，这两项独立的《自然》成果，首次在真实物理系统中向世界证明：
能隙关闭，拓扑依然可以存活；临界普适行为与拓扑性质，完全可以并存。
“我们不是推翻了一条铁律，而是找到了这条铁律的边界。越过边界，是一片更广阔的天地。”余雪佳说，“我们的工作证明，即使在最‘混乱’的临界状态，依然可以存在受拓扑保护的秩序。这不仅为统计物理相变研究提供了新范式，同时为我们设计在极端条件下依然稳健的新型功能器件提供了全新的思路。”
拓扑与临界，这两个曾被视为宿敌的物理概念，终于在实验室里完成了历史性的“握手言和”。而促成这场跨越时空对话的，正是宁波东方理工大学余雪佳团队对基础科学“无人区”的无畏探索。
本项目得到国家自然科学基金委员会、宁波东方理工大学启动经费及相关合作单位的支持。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1038/s41586-026-11067-5
https://doi.org/10.1038/s41586-026-11099-x
余雪佳课题组介绍
余雪佳，理学部物理学院助理教授、副研究员、博士生导师
2023年博士毕业于北京大学物理学院国际量子材料科学中心，主要从事统计物理中量子相变拓扑物理相关的理论与计算研究。截至目前，以第一/通讯作者身份在Nature (2篇), Physics Reports, Reports on Progress in Physics, PRX Quantum，Phys.Rev.Lett (6篇), Science Bulletin, Communications Physics (3篇), Phys.Rev系列 (16篇)等权威SCI期刊发表论文38篇。
余雪佳课题组主要聚焦于统计物理与凝聚态物理中强关联多体系统的量子相变与临界现象的理论与计算研究。研究兼顾理论分析与大规模数值模拟，方法涵盖量子(共形)场论、张量网络及量子蒙特卡洛算法等。在量子相变与临界理论、非平衡量子临界以及量子模拟方向取得了系列创新性成果。尤其在量子临界点拓扑物理这一新兴方向上，近五年以通讯作者身份持续产出具有重要影响力的研究成果，包括两篇Nature,并受邀撰写该方向长文综述文章。其代表性工作包括系统地建立量子临界点的拓扑不变量理论框架，揭示相应的拓扑体边对应关系，并进一步扩展至非平衡动力学等。目前，课题组正面向海内外招收博士后研究员和博士研究生，热忱欢迎有志于理论物理前沿研究的青年才俊加入团队。
联系方式：xuejiayu@eitech.edu.cn
课题组主页：https://www.x-mol.com/groups/xuejiayu_eit_qpt
