对称与守恒是现代物理学研究的重要内容。按照诺特定理，作用量的每一种对称性对应一个守恒量，存在相应的守恒定律。只要发现了一种对称性，意味着在时空环境下存在某种不变量。这方面的研究不仅促进了包括(角)动力守恒、电荷守恒、能量守恒、宇称守恒等守恒定律的发现，而且促进了狭义与广义相对论的发展。空间对称性的研究极大地提高了我们对物质与材料的理解。正因如此重要意义，对称性主导着包括量子理论和相对论在内的现代物理学。

对称是世界的和谐与美，也是大自然的秘密。然而，世界上的很多变化与纹理织构往往由对称性破缺引起的，包括宇宙的形成、物种的起源、生物多样性、以及丰富多彩的分子结构。对称性破缺并不是没有对称性，而是初始对称性降低为对称性更低的子群。在对称性破缺研究方面，已经出现了多位诺贝尔物理奖获得者。例如，李政道和杨振宁先生因发现弱相互作用中宇称不守恒而获得了1957诺贝尔物理奖获，克罗宁(James W. Cronin)与菲奇（Val L. Fitch）因发现中性K介子衰变过程中C-P破坏(电荷共轭宇称不守恒)而获得1980年诺贝尔物理奖，南部阳一郎（Yoichiro Nambu）因在亚原子物理中发现了自发对称性破缺机制而获得了2008年诺贝尔物理奖，小林诚（Makoto Kobayashi）与益川敏英（Toshihide Maskawa）因发现了对称性破缺的物理机制并成功预言了自然界至少存在三类夸克而成为2008年诺贝尔物理奖共同获得者。

晶体结构是理解材料性能的根本。材料的性能与机理通常是基于静态结构来阐明的。亦即，利用特定静态条件下测试得到XRD数据解出晶体结构，然后把该结构当作标准模型用于阐释性能和机理。据晶格热振动模型我们知道，在环境温度下原子大约以10¹³赫兹振动。有些场合，动态过程是不可忽略的，比如电池的充电和放电过程，以及广泛使用的渗碳、渗硼和自然时效处理用于提高钢材的机械强度，在此过程中小原子B、 C、N以及晶体缺陷将穿过晶体间隙从一个位置移动至另外一个位置。原子的静态取代、迁移以及剧烈的晶格热振动，有可能造成局域对称性的破坏。

李政道先生认为，所有对称性原理的根源都在于假设不可能观察到某些基本量。相反，任何对称性破缺的发现都表明存在某种特定的测量方法和可观测量。因此，寻找隐藏在超精细结构下的某个可观测量，对于实验而言是个巨大挑战。

Eu³⁺的4f-4f电子跃迁是受宇称禁戒的，但在不同对称环境下有可能从晶体场获得能量而使原本禁戒的电子跃迁成为可能。早在1984年，我国著名的量子化学理论计算科学家，原长春应用化学研究所张思远研究员，基于Judd-Ofelt理论计算了f⁶电子构型稀土离子在32个空间点群对称环境中的⁵D₀-⁷F_J电子跃迁和⁷F_J斯塔克能级劈裂数目并指出，通过掺杂痕量Eu³⁺(Sm²⁺)利用其发射光谱与晶体结构的关系可以监测晶体结构的局域环境以及化学反应的中间产物。笔者利用该特性对Li₂SrSiO₄晶体结构进行了研究。

在储能与节能应用驱动下，如锂离子电池、发光二极管（LEDs），锂离子化合物在过去从没有像当今吸引如此多的关注。Li₂SrSiO₄作为一种良好的LED荧光粉基质，掺入Ce³⁺发射蓝光，掺入Eu²⁺发射黄光，利用Ce³⁺与Eu²⁺共掺可以得到白光。1998年，德国科学家Haferkorn首先解出Li₂SrSiO₄晶体结构，此后又有很多人对此结构进行精修，认为具有P3₁21空间群对称性，但P3₁21结构模型中Sr只有一种格位，利用P3₁21结构模型一直无法合理解释其性能。

笔者利用Eu³⁺作为光谱探针，探测到在Li₂SrSiO₄晶体结构存在两种Sr²⁺格位，且占据Sr²⁺两种不同格位Eu³⁺的⁵D₀-⁷F₀电子跃迁发射波长峰值仅差0.2nm，该分辨率远远超过了一般检测手段。笔者等采用X射线衍射、电子衍射、中子衍射研究手段证实Li₂SrSiO₄长程结构具有P3₁21空间群对称性，采用固体核磁共振局域结构手段证实Li₂SrSiO₄晶体结构与P3₁21模型一致但无法排除更低对称性，采用扩展X射线吸收精细结构谱(EXAFS)手段证实Li₂SrSiO₄局域结构显著偏离P3₁21模型而与C2空间群对称性一致，利用电荷差分密度理论计算能够清楚地分辨P3₁21模型与C2模型电子云的差异。因此，Li₂SrSiO₄晶体结构存在二重性（a medium），其长程结构具有P3₁21空间群对称性而局域结构具有对称性较低的C2空间群对称性，具有对称性破缺的典型特征。有关成果发表于Advanced Science [https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.201802126]。

人类社会一直渴望发现结构对称之美。笔者利用Eu³⁺光谱探针发现Li₂SrSiO₄晶体结构中的对称性破缺。这项工作不仅区分了Li₂SrSiO₄的超精细结构，而且为探测局域结构提供了一种简便而功能强大的光学工具，更重要的是有助于从子空间群对称性解释晶体结构，把我们的理解力从空间群对称性提升至子空间群水平。这些发现对我们理解材料的性能与机理将产生深远影响。合理地说，对称性破缺将不只存在于Li₂SrSiO₄中，也有可能存在于其它锂化合物中。因此，在探索具有子空间群对称性超精细晶体结构方面，该发现具有里程碑的意义，这将显著提升我们对现代物理学和现存哲学的理解。