近日，巴塞爾大學(xué)的研究人員宣布成功開發(fā)出一種新方法，這一方法能夠僅使用激光就將小面積的薄膜冷卻到非常接近絕對(duì)零度（零下273．15攝氏度）的溫度。據(jù)介紹，這種高度冷卻的膜，未來或?qū)⒂糜跇O其敏感的傳感器。 德國天文學(xué)家Johannes Kepler在400年前就提出了太陽帆的想法，它是利用太陽光的光壓進(jìn)行宇宙航行的一種航天器，可以用來讓船只在太空中航行。

他認(rèn)為，當(dāng)光被物體反射時(shí)，就會(huì)施加一個(gè)力。他還利用這一理論，解釋了為什么彗星的尾巴會(huì)指向遠(yuǎn)離太陽的地方。 該團(tuán)隊(duì)由Philipp Treutlein博士和Patrick Potts博士領(lǐng)導(dǎo)。他們的研究結(jié)果最近剛剛發(fā)表在科學(xué)雜志Physical Review X上。

無測(cè)量反饋

如今，原子和其他粒子的減速和冷卻都是利用光的力量。為此通常需要一種復(fù)雜的儀器。上述團(tuán)隊(duì)的方法的特別之處在于，他們?cè)诓贿M(jìn)行任何測(cè)量的情況下實(shí)現(xiàn)了這種冷卻效果。 根據(jù)量子力學(xué)定律，反饋回路常常需要的測(cè)量過程會(huì)導(dǎo)致量子態(tài)改變，從而引起干擾。為了防止這種情況發(fā)生，巴塞爾大學(xué)的研究人員創(chuàng)造了一個(gè)被稱為“相干反饋回路”的系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中，激光既充當(dāng)傳感器，又充當(dāng)阻尼器。

他們通過抑制和冷卻大約半毫米大小的硝酸硅膜的熱振動(dòng)來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。在他們的實(shí)驗(yàn)中，研究人員將激光束對(duì)準(zhǔn)薄膜，并將薄膜反射的光送入光纖電纜。在此操作期間，膜的振動(dòng)在反射光的振蕩階段產(chǎn)生了小的變化。 振蕩相位中包含的膜的即時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的信息，然后被利用，有一個(gè)時(shí)間延遲，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻使用相同的激光對(duì)膜施加適量的力。研究人員使用了一根30米長的光纖電纜，來實(shí)現(xiàn)了大約100納秒的最佳延遲。

接近絕對(duì)零度

瑞士巴塞爾大學(xué)博士后研究員和他的同事們將膜冷卻到480微開爾文，也就是比絕對(duì)零度高不到千分之一度。 下一階段他們將改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，使膜達(dá)到其振蕩的量子力學(xué)基態(tài)——這是可以達(dá)到的最低溫度。所謂的膜擠壓態(tài)的產(chǎn)生，應(yīng)該是可以想象的。 由于它們能夠提高測(cè)量精度，這種狀態(tài)對(duì)于傳感器結(jié)構(gòu)特別有意義。未來，用于以納米分辨率掃描表面的原子力顯微鏡，將成為這種傳感器的一個(gè)潛在應(yīng)用。

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審核編輯：劉清