物理学家使玻璃纳米球悬浮，将其推入量子力学领域

量子力学研究超小尺度的宇宙行为：原子和亚原子粒子以经典物理学无法解释的方式运行。

为了探索量子与经典之间的这种张力，科学家们不断尝试让越来越大的物体以类似量子的方式运行。

早在 2021 年，一个团队就成功研制出了直径为 100 纳米的微小玻璃纳米球，大约比人类头发丝的厚度小一千倍。

在我们看来，它非常非常小，但从量子物理学的角度来看，它实际上相当巨大，由多达 1000 万个原子组成。

将这样的纳米球推入量子力学领域是一项巨大的成就。 使用仔细校准的激光，纳米球悬浮在最低的量子力学状态，这是一种极其有限的运动，量子行为可以开始发生。

“这是第一次使用这种方法来控制自由空间中宏观物体的量子态，”卢卡斯·诺沃特尼说2021 年 7 月，瑞士苏黎世联邦理工学院光子学教授。

为了实现量子态，必须降低运动和能量。 诺沃特尼和他的同事使用真空容器冷却至-269摄氏度（-452华氏度），然后使用反馈系统进行进一步调整。

利用两束激光产生的干涉图案，研究人员计算了纳米球在其室内的准确位置，并利用两个电极产生的电场进行精确调整，使物体的运动接近于零。

这与通过推拉秋千直至到达静止点来减慢游乐场秋千的速度没有什么不同。 一旦达到最低的量子力学状态，就可以开始进一步的实验。

“为了清楚地看到量子效应，纳米球需要放慢速度......一直到其运动基态，”电气工程师 Felix Tebbenjohanns 说道，当时来自苏黎世联邦理工学院。

“这意味着我们将球体的运动能量冻结到接近量子力学零点运动的最小值。”

虽然之前已经取得了类似的结果，但他们使用了所谓的光学谐振器利用光来平衡物体。

这里使用的方法可以更好地保护纳米球免受干扰，并且意味着在关闭激光后可以单独观察该物体——尽管这需要大量的进一步研究才能实现。

研究人员希望他们的发现有用的方法之一是研究量子力学如何使基本粒子表现得像波一样。 像这种纳米球这样的超灵敏装置也有可能有助于开发超越我们今天拥有的任何传感器的下一代传感器。

设法在低温环境中悬浮如此大的球体代表着向宏观尺度的重大飞跃，在宏观尺度上可以研究经典和量子之间的界限。

研究人员在他们的论文中总结道：“加上光学捕获势高度可控的事实，我们的实验平台提供了一条在宏观尺度上研究量子力学的途径。”发表论文。

该研究发表于自然。

本文的一个版本于 2021 年 7 月首次发布。