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两个成年人站在地球两端产生的引力有多大?之江实验室测到了

引力
都市快报

拿起100克物体,要花费大约1牛顿的力。

两个成年人站在地球两端产生的引力,大约是10的负21次方牛顿。

这,就是之江实验室极弱力装置能够探测到的力。

纳米粒子

极弱力装置怎么探测到这么小的力?

在真空环境下,用激光捕捉并悬浮直径约为头发丝千分之一的纳米粒子小球,通过小球的运动位移,来反推它受到力的大小。

这,就是极弱力装置的基本原理。

而光,是这个过程的关键。

光子在与物质的相互作用中,存在动量交换,进而使物质的运动状态发生变化,这个过程满足动量守恒定律。基于这种光动量效应,科学家发明了光镊技术,让光成为能够操控微观粒子的工具。

激光光路

之江实验室量子传感研究中心副主任高晓文解释,“极弱力装置利用光镊技术,将纳米粒子悬浮起来,让它在光场中形成本征振荡。如果外界信号引起了粒子运动的变化,就可以通过测量这种变化,来反推出作用力的大小。”

在纳米粒子所处的微观世界,任何一点微小的扰动,都能引起它运动状态的变化。

“空气分子的无序碰撞,是非常大的噪声源。因此,高真空的环境是极弱力探测的一个关键。”高晓文介绍。

经过反复优化改进,之江实验室极弱力装置团队将极弱力装置的真空度极限降到了6×10的负7次方Pa(小于大气压的一千亿分之一),能够为纳米粒子提供极佳的环境保障。

极弱力装置团队成员在实验

为了让纳米粒子被稳定地分离、捕获和控制,之江实验室研究专家李翠红钻研了两年。

“高真空条件下,空气分子碰撞的噪声被极大地降低,但在这种环境下,粒子也容易从光阱中逃逸,这就需要我们在前期对粒子进行科学地筛选、处理优化。”李翠红介绍。

目前,之江实验室极弱力装置团队已经建立了独特的粒子识别、处理方式,粒子的捕获成功率接近100%,装置的力灵敏度已经达到世界领先水平。

极弱力装置局部

极弱力装置有何作用?

利用这个装置及其背后技术,人们将有望在“桌面”上,实现对高频引力波的探测,回答“非牛顿引力”“宏观量子态”等众多有待探究的前沿科学问题。

解答未知、满足好奇,往往是推动科学进步的原始动力。无论是认识浩瀚的宇宙,还是解释微观物理现象,极弱力装置都是一个极佳的工具。

从凿平地板开始,到改造基建、买设备、搭台子,之江实验室极弱力装置团队把一间机房一步步改造成实验室,并在这里完成了多个第一次:

第一次抓到粒子、第一次调通系统信号回路、第一次通过里程碑节点验收。

三年,之江实验室极弱力装置团队从这项技术的追赶者,成为了领跑者。

通讯员 肖乐

橙柿互动记者 林建安

之江实验室供图

评论
大伟⛹🏻‍♂️
少傅级
无论是认识浩瀚的宇宙,还是解释微观物理现象,极弱力装置都是一个极佳的工具,人们有望在桌面上实现对高频引力波的探测。
2022-11-24
内蒙古四子王旗
太傅级
希望我们研制的极弱力测量科学装置及相关核心技术,能够在相关领域得到应用,为重大科学问题研究作出贡献。
2022-11-24
科普科普知识的摇篮!
少傅级
在科学技术的发展下。之江实验室极弱力装置团队已经建立了独特的粒子识别、处理方式,粒子的捕获成功率接近100%,装置的力灵敏度已经达到世界领先水平。
2022-11-24