《科学》：真空中微观物体的悬浮和控制

大型物体和单个原子的悬浮已经成为科学和工程领域广泛使用的技术。在过去的几年里，许多研究人员已经开始探索一个新的领域：纳米粒子的悬浮，这些粒子比一根头发的直径小，由数十亿个原子组成。

现代技术可高精准地操纵和测量这些物体的平移和旋转，为基础和应用研究提供了独特的机会。举个例子：悬浮物体对外力和加速度的高度敏感性正在推动传感器的发展和对新物理学的搜索。

来自奥地利科学院量子光学和量子信息研究所和因斯布鲁克大学理论物理系的Oriol Romero-Isart说：“此外，摩擦和噪音可以通过创造超高真空降低到基本的最低限度，这不仅为量子传感和检测铺平了道路，而且也为探索宏观量子叠加铺平了道路。”

冷却后进入量子基态

2010年，量子光学技术首次被提出，作为一种利用共振腔将悬浮纳米粒子的运动冷却到量子状态的方法。此后，这些建议在实验中得到了发展，并通过实现基于光、电和磁力的控制机制得到了补充。到目前为止，基于共振腔的冷却方案已经成功地将电介质悬浮纳米粒子的运动冷却到了量子基态，为未知的量子物理学打开了道路。

物理学、材料科学和传感器

真空中的纳米物体悬浮为研究和应用提供了新的机会，因为它提供了以前无法实现的隔离环境。目前的工具箱通过光学、电学和磁学的相互作用，能够悬浮和控制任何种类的纳米物体，包括磁铁、金属、钻石、石墨烯甚至超流体氦。

悬浮系统是材料科学的试验台，在那里科学家可以探测极端条件下的物质，甚至可以进行工程设计。此外，悬浮系统是研究非平衡物理学的一个理想平台。将控制扩展到悬浮粒子的所有自由度，可以减少噪音和退相干的来源。它将为宏观量子物理学的新制度打开大门，并在尚未探索的机制中探测弱力（例如，暗物质模型所预测的那样）。最后，利用悬浮系统对力进行超灵敏探测也为商业传感应用带来机会，包括重力计、压力传感器、惯性力传感器和电/磁场传感器。

该研究论文题为"Levitodynamics: levitation and control of microscopic objects in vacuum"，已发表在《科学》期刊上。

前瞻经济学人APP资讯组

参考资料：

文章来源：《系统科学学报》 网址: http://www.xtkxxb.cn/zonghexinwen/2021/1011/688.html