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科学家将旋转的纳米粒子冷冻至其量子极限
一组物理学家通过将纳米级物体的旋转运动冷却到尽可能低的能量状态，突破了量子控制的极限。量子力学告诉我们，任何粒子都不可能完全静止。但它的方向能控制得有多精确呢？维也纳大学的研究人员与同事合作 [...]
来源:SciTech日报一组物理学家通过将纳米尺度物体的旋转运动冷却到尽可能低的能量状态，突破了量子控制的极限。
量子力学告诉我们，没有任何粒子可以完全静止。但它的方向能控制得有多精确呢？维也纳大学的研究人员与维也纳工业大学和乌尔姆大学的同事合作，现已将悬浮二氧化硅纳米转子的旋转运动冷却到两个方向自由度的量子基态。
研究小组在《自然物理学》上撰文表明，光学冷却可以将粒子的方向限制在量子零点涨落设定的范围内。这些波动代表了海森堡不确定性原理所要求的不可避免的不确定性。
达到这种控制水平标志着朝着旋转物质波干涉测量和高灵敏度量子扭矩测量迈出了关键一步。
量子极限处的旋转
在日常条件下，微小颗粒由于热能而不断移动和旋转，温度反映了它们的运动程度。经典物理学表明，理论上，粒子可以被冷却，直到它们完全停止并保持固定方向。然而，量子力学设定了更严格的限制。即使在绝对零的情况下，粒子也会保留最少量的能量，并且无法完美排列。
当二氧化硅纳米颗粒在超高真空中被紧密聚焦的激光束固定到位时，它们的行为就像近乎理想的谐振子。它们在位置和旋转方面都会振荡，类似于将线性摆与扭转或扭转运动相结合的系统。
实现二维量子对准
起初，被困转子仍然表现出热旋转运动，称为振动。当应用光学冷却时，其温度下降到仅比绝对零高几十微开尔文。此时，量子效应占主导地位，系统达到最低能态。