《科學》：真空中微觀物體的懸浮和控制

大型物體和單個原子的懸浮已經成為科學和工程領域廣泛使用的技術。在過去的幾年里，許多研究人員已經開始探索一個新的領域：納米粒子的懸浮，這些粒子比一根頭發的直徑小，由數十億個原子組成。

現代技術可高精準地操縱和測量這些物體的平移和旋轉，為基礎和應用研究提供了獨特的機會。舉個例子：懸浮物體對外力和加速度的高度敏感性正在推動傳感器的發展和對新物理學的搜索。

來自奧地利科學院量子光學和量子信息研究所和因斯布魯克大學理論物理系的Oriol Romero-Isart說：“此外，摩擦和噪音可以通過創造超高真空降低到基本的最低限度，這不僅為量子傳感和檢測鋪平了道路，而且也為探索宏觀量子疊加鋪平了道路。”

冷卻后進入量子基態

2010年，量子光學技術首次被提出，作為一種利用共振腔將懸浮納米粒子的運動冷卻到量子狀態的方法。此后，這些建議在實驗中得到了發展，并通過實現基于光、電和磁力的控制機制得到了補充。到目前為止，基于共振腔的冷卻方案已經成功地將電介質懸浮納米粒子的運動冷卻到了量子基態，為未知的量子物理學打開了道路。

物理學、材料科學和傳感器

真空中的納米物體懸浮為研究和應用提供了新的機會，因為它提供了以前無法實現的隔離環境。目前的工具箱通過光學、電學和磁學的相互作用，能夠懸浮和控制任何種類的納米物體，包括磁鐵、金屬、鉆石、石墨烯甚至超流體氦。

懸浮系統是材料科學的試驗臺，在那里科學家可以探測極端條件下的物質，甚至可以進行工程設計。此外，懸浮系統是研究非平衡物理學的一個理想平臺。將控制擴展到懸浮粒子的所有自由度，可以減少噪音和退相干的來源。它將為宏觀量子物理學的新制度打開大門，并在尚未探索的機制中探測弱力（例如，暗物質模型所預測的那樣）。最后，利用懸浮系統對力進行超靈敏探測也為商業傳感應用帶來機會，包括重力計、壓力傳感器、慣性力傳感器和電/磁場傳感器。

該研究論文題為"Levitodynamics: levitation and control of microscopic objects in vacuum"，已發表在《科學》期刊上。

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參考資料：https://dx.doi.org/10.1126/science.abg3027

標簽： 科學 真空 空中 微觀