人們通常認為，水波是水面的上下振動，波的傳播方向與水面振動方向垂直。然而，實際情況並非如此簡單。科學家們發現，水波涉及復雜的流體力學效應，能夠構造豐富的拓扑矢量場用於粒子的操控。

近日，復旦大學物理學系資劍教授、石磊教授團隊聯合河南大學、新加坡南洋理工大學、西班牙聖賽瓦斯蒂安國際理論物理中心等研究機構在《自然》雜志發表關於利用水波拓扑結構操控粒子的研究成果。此次研究成果使水波成為探索拓扑物理的全新平台，不僅深化了人們對經典重力波系統中的矢量特性理解，揭示了其中自旋軌道耦合和鎖定機制，也開辟了水波力操控物體運動的研究領域。

拓扑學是物理學界普遍關注的研究方向。近年來，拓扑效應逐步被引入電磁波、聲波以及液體表面波（水波）等經典波動體系，極大地拓展了這一領域的研究深度與廣度，成為基礎物理研究與應用技術的全新交匯點。

傳統意義上，水波被簡化為一種橫波，波動中的粒子僅進行上下運動。事實上，這些粒子除了進行上下運動，還有復雜的橢圓軌跡運動。如何控制這些波動？如何形成特定的拓扑結構並加以利用？這些問題一直是學界懸而未決的難題。該研究成果系統揭示了拓扑學在水波體系中的豐富表現形式，為深入探討經典波動體系中的拓扑效應提供了重要的理論和實驗依據。利用液體表面波拓扑結構實現對漂浮粒子的多維度運動控制，成為研究的一個重要創新點。記者了解到，傳統的測量方法難以達到實驗所需精度，並且無法全面展示液體表面波的所有特性。為此，研究團隊基於國際合作開發的算法，揭示了此前學界未注意到的復雜現象，為液體表面波的實驗研究提供了新范式。

業內專家評價，在水面上實現對粒子的自由操控，讓高深的物理概念在一個簡單系統裡肉眼可見。這一突破性成果首次証明拓扑水波場在粒子精准操控中的應用潛力，揭示了通過調控波場的拓扑特性，可以實現粒子更加穩定且靈活的控制。

“在傳統的水波體系中研究新興的拓扑物理，這種跨學科的研究方法對推動基礎研究和應用研究具有重要意義。”資劍介紹，下一步，研究團隊將持續優化實驗平台，深入研究拓扑水波結構中更豐富的物理特性，探索拓扑水波在粒子操控、機器人控制、水面漂浮物治理以及水能利用等領域的潛在應用，並為光學、聲學等學科中的拓扑結構波研究提供更多理論支持和實驗依據。（記者顏維琦 通訊員丁超逸）

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