“水的结构是什么？”，这是《科学》杂志在创刊125周年特刊中提出的125个世纪难题之一。
一滴水，看似寻常，却藏着学术界最顽固的谜题。今年7月，2025年度国家科学技术奖揭晓，北京大学物理学院王恩哥院士、江颖教授带领的团队凭借“水的氢键强度及动力学过程全量子效应研究”，荣获国家自然科学奖一等奖。这份沉甸甸的荣誉背后，是科研工作者20多年甘坐“冷板凳”的坚守，也是一段理论与实验相互成就的科研佳话。
故事的起点，源于一个对传统理论的质疑。
1927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”，把原子核视为经典粒子，只对电子进行量子化，从而大大降低了计算和模拟难度。此后近百年，这一范式已成为解决凝聚态物理问题的出发点。然而，王恩哥始终心存疑虑：原子核真的只是“配角”吗？核量子效应真的可以忽略不计吗？
王恩哥选择以“水”作为突破口，正因水中三分之二的原子是质量最小的氢，最有可能显现出显著的核量子效应。“20多年前，许多人都会说‘水这么普通的东西怎么还会有问题存在？’”回忆起当年的选择，王恩哥的回答笃定而朴素：“过去的研究都在传统框架之下，我们想要把简单的事情做对，就是不简单。”
真理的验证，终究要落脚于无数次实验的打磨之中。2010年初，刚从海外完成博士后工作的江颖回到北大。时任北大物理学院院长的王恩哥找到他，谈了整整一个下午。王恩哥向江颖抛出的并非当时学界趋之若鹜的热门课题，而是一个看起来充满未知甚至带着几分冒险色彩的设想：能否在实验中真正测到水中原子核的量子效应？
江颖坦言，自己起初“将信将疑”。原子核质量是电子的1800多倍，其量子效应微弱到几乎难以观测。但重要的科学发现往往源于传统框架之外的“不可能”，江颖决定接下这个挑战，试一试。
这一试，就是十几年。要“看见”水的原子结构绝非易事。氢原子质量极轻、尺寸微小，宛如一个极难捕捉的“隐形”幽灵，令传统显微镜在它面前屡屡“失明”。江颖带领团队从零起步，在无数次调试、比对与推翻重来中，持续改进高分辨扫描探针显微镜，最终发展出原创的高阶静电力扫描探针技术，一举攻克两大实验技术壁垒。
2014年，当水分子内部单个氢原子的图像首次在显微镜下清晰呈现时，团队实现了人类在表面直接“看见”最小原子的梦想。
不止步于“看见”。团队首次测定单根氢键中核量子效应的贡献，发现氢原子核协同隧穿新机制，制备出颠覆“冰规则”的二维冰，发现全量子效应调控的新物态……“过去，物理人的梦想是超越‘玻恩—奥本海默近似’，去研究发现新物理；如今，我们攻克了实验和理论的一道道难关，使得这个一直处于徘徊状态的领域有了明确突破方向，并引领世界上全量子凝聚态物理及相关学科快速发展。”王恩哥表示，通过调控全量子效应发现的新物态、新物性，将为信息和能源领域带来颠覆性的量子材料及量子器件。
在这条几乎没人走过的路上，王恩哥与江颖的默契，是团队最宝贵的财富。
王恩哥时常告诫团队成员：“做科研切忌盲目跟风、追逐热点，要敢于直面真正重大的科学难题。”正是这份定力，让团队在无数个“看不到希望”的日子里，依然能沉下心来，一根氢键一根氢键地测，一个原子一个原子地看。
江颖则坚持以仪器研制驱动原始创新，通过实验与理论计算的深度融合，解决悬而未决的争论。从自主研发尖端科学仪器设备到实现国产商业化生产，他带领团队打破我国高端扫描探针显微镜依赖进口的被动局面。
获奖从来不是终点。如今，这支团队已再次踏上新征程，向着极端受限水、轻元素量子材料、全量子调控新物态等前沿课题进发。
支撑他们不断向科学深水区挺进的，正是那份对基础研究最纯粹的敬畏与执着。“真正的基础研究，往往始于一个最普通的问题，也需要最长久的耐心。”王恩哥相信，许多今天看似遥远的探索，终将成为未来理解世界、改变世界的重要基石。
