兩個(gè)成年人站在地球兩端產(chǎn)生的引力有多大？之江實(shí)驗(yàn)室測到了

拿起100克物體，要花費(fèi)大約1牛頓的力。

兩個(gè)成年人站在地球兩端產(chǎn)生的引力，大約是10的負(fù)21次方牛頓。

這，就是之江實(shí)驗(yàn)室極弱力裝置能夠探測到的力。

納米粒子

極弱力裝置怎么探測到這么小的力？

在真空環(huán)境下，用激光捕捉并懸浮直徑約為頭發(fā)絲千分之一的納米粒子小球，通過小球的運(yùn)動(dòng)位移，來反推它受到力的大小。

這，就是極弱力裝置的基本原理。

而光，是這個(gè)過程的關(guān)鍵。

光子在與物質(zhì)的相互作用中，存在動(dòng)量交換，進(jìn)而使物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化，這個(gè)過程滿足動(dòng)量守恒定律?；谶@種光動(dòng)量效應(yīng)，科學(xué)家發(fā)明了光鑷技術(shù)，讓光成為能夠操控微觀粒子的工具。

激光光路

之江實(shí)驗(yàn)室量子傳感研究中心副主任高曉文解釋，“極弱力裝置利用光鑷技術(shù)，將納米粒子懸浮起來，讓它在光場中形成本征振蕩。如果外界信號引起了粒子運(yùn)動(dòng)的變化，就可以通過測量這種變化，來反推出作用力的大小?！?/p>

在納米粒子所處的微觀世界，任何一點(diǎn)微小的擾動(dòng)，都能引起它運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化。

“空氣分子的無序碰撞，是非常大的噪聲源。因此，高真空的環(huán)境是極弱力探測的一個(gè)關(guān)鍵。”高曉文介紹。

經(jīng)過反復(fù)優(yōu)化改進(jìn)，之江實(shí)驗(yàn)室極弱力裝置團(tuán)隊(duì)將極弱力裝置的真空度極限降到了6×10的負(fù)7次方Pa（小于大氣壓的一千億分之一），能夠?yàn)榧{米粒子提供極佳的環(huán)境保障。

極弱力裝置團(tuán)隊(duì)成員在實(shí)驗(yàn)

為了讓納米粒子被穩(wěn)定地分離、捕獲和控制，之江實(shí)驗(yàn)室研究專家李翠紅鉆研了兩年。

“高真空條件下，空氣分子碰撞的噪聲被極大地降低，但在這種環(huán)境下，粒子也容易從光阱中逃逸，這就需要我們在前期對粒子進(jìn)行科學(xué)地篩選、處理優(yōu)化?！崩畲浼t介紹。

目前，之江實(shí)驗(yàn)室極弱力裝置團(tuán)隊(duì)已經(jīng)建立了獨(dú)特的粒子識別、處理方式，粒子的捕獲成功率接近100%，裝置的力靈敏度已經(jīng)達(dá)到世界領(lǐng)先水平。

極弱力裝置局部

極弱力裝置有何作用？

利用這個(gè)裝置及其背后技術(shù)，人們將有望在“桌面”上，實(shí)現(xiàn)對高頻引力波的探測，回答“非牛頓引力”“宏觀量子態(tài)”等眾多有待探究的前沿科學(xué)問題。

解答未知、滿足好奇，往往是推動(dòng)科學(xué)進(jìn)步的原始動(dòng)力。無論是認(rèn)識浩瀚的宇宙，還是解釋微觀物理現(xiàn)象，極弱力裝置都是一個(gè)極佳的工具。

從鑿平地板開始，到改造基建、買設(shè)備、搭臺子，之江實(shí)驗(yàn)室極弱力裝置團(tuán)隊(duì)把一間機(jī)房一步步改造成實(shí)驗(yàn)室，并在這里完成了多個(gè)第一次：

第一次抓到粒子、第一次調(diào)通系統(tǒng)信號回路、第一次通過里程碑節(jié)點(diǎn)驗(yàn)收。

三年，之江實(shí)驗(yàn)室極弱力裝置團(tuán)隊(duì)從這項(xiàng)技術(shù)的追趕者，成為了領(lǐng)跑者。

通訊員 肖樂

橙柿互動(dòng)記者 林建安

之江實(shí)驗(yàn)室供圖