文章图片
在过去的40年中 ， 物理学家已经学会了将越来越大的物体冷却到接近绝对零度的温度：原子、分子 ， 最近还有由数十亿个原子组成的纳米颗粒等等 。 尽管科学家们可以单独用激光冷却原子 ， 但到目前为止 ， 冷却纳米颗粒需要有电荷 ， 并且必须使用电场进行操作以实现最佳冷却温度 。
由美国和澳大利亚科学家领导的ETH研究人员团队现在开发了一种技术 ， 可以捕获和冷却几个纳米颗粒 ， 而不受其电荷的影响 ， 这为研究此类粒子的量子现象或构建高灵敏度传感器开辟了各种可能性 。 “在我们的研究小组中 ， 我们在过去十年中完善了单电荷纳米颗粒的冷却 。 通过这种新方法 ， 我们现在也可以首次同时捕获几个粒子 ， 这为研究开辟了全新的前景 。 ”
在实验中 ， 科学家们使用了强聚焦激光束（也称为光学镊子）在真空设备内捕获了一个尺寸略小于200纳米的微小玻璃球 。 在光学镊子内部 ， 球体由于其运动能量而来回振荡 。 粒子的温度越高 ， 其运动能量越高 ， 因此振荡的幅度也越大 。 在给定的时刻 ， 球体在光学镊子内的振荡强度和方向可以使用光检测器来测量 ， 这个光检测器捕捉球体散射的激光 。
科学家们利用这些新的知识减缓纳米颗粒的速度 ， 从而使其冷却 。 这是通过使用电子控制的偏转器以及与球体振荡完全相反方向的摇动光学镊子来实现的 ， 该偏转器可以略微改变激光束的方向 ， 从而改变镊子的位置 。 当球体向左移动时 ， 镊子会迅速向右移动 ， 以抵消球体的运动；当它向右移动时 ， 偏转器将镊子向左移动 。 通过这种方式 ， 它的振荡幅度 ， 以及它的有效温度会一点点地降低到比绝对零度-273.15摄氏度高几千分之一摄氏度 。
科学家们解释道：“同时冷却可以直接放大到几个纳米颗粒 ， 由于我们可以完全控制粒子的位置 ， 我们可以任意调节它们之间的相互作用 。 这样 ， 将来我们可以研究几个粒子的量子效应 ， 比如纠缠 。 ”在纠缠态中 ， 对一个粒子的测量会瞬间影响另一个的量子态 ， 到目前为止 ， 这种状态主要是通过光子或单原子实现的 ， 科学家们希望有一天他也能用更大的纳米颗粒创造出纠缠态 。
【不用电场也可冷却到绝对零度，美澳非电荷冷却技术实验已经成功】
