悬浮的玻璃珠接近海森堡测不准原理设定的极限

由奥地利和瑞士团队独立开发的两种方法将光学捕获的玻璃珠的运动减慢到尽可能低的能量状态。光学物理学家说:“这两项工作在控制和测量悬浮纳米粒子光机械系统方面达到了最高精度，接近海森堡极限，这是量子力学设定的最终界限。Jianming温来自美国肯尼索州立大学。

根据海森堡测不准原理，粒子的位置和运动状态不可能无限精确地同时确定。温解释说，这些方法最大限度地减少了与实验内在相关的不受欢迎的影响。

“这是第一次在室温下对大型物体的运动进行如此精确的控制，我们可以实时观察到它的量子运动，”他说洛伦佐Magrini他来自维也纳大学，是奥地利团队的成员之一。他指出，实验中使用的玻璃球直径约为150纳米，由数十亿个原子组成。“控制如此复杂系统的量子运动对于理解量子力学在宏观尺度上的作用非常重要。”

到目前为止，这样的研究仅限于只包含几千个原子的物体，尽管对更大系统的研究是如此最近报道使用一种被称为光学腔的镜面排列。“这两件作品的一个关键特点是，他们没有把珠子放在光学腔中，这大大降低了设置的复杂性，”评论道安德烈Xuereb他在马耳他大学从事光学腔的研究。“科学家们可以应用这些控制方法来操作更大的物体，而不用担心与腔内操作的兼容性。”

在他们的实验中，科学家们将微小的玻璃球喷洒在一个由强聚焦激光束组成的光学陷阱上，直到其中一个粒子被捕获。“这些作品的作者使用光学显微镜以极高的精度测量纳米颗粒的位置，”解释说史蒂文·基尔文他是美国耶鲁大学的物理学教授。“通过一系列这样的测量，他们能够确定应该对物体施加什么样的力来将运动冷却到接近量子力学基态。”

两个团队都使用了相同的冷却技术，“这很类似于父母看着他们的孩子在秋千上，然后推动它，让它荡得更高——只是我们对停止秋千感兴趣”，解释道Felix Tebbenjohanns他是苏黎世联邦理工学院的研究员，也是瑞士团队的一员。马格里尼说:“在这两个实验中，粒子都被冷却到绝对零度以上百万分之一度。”然而，每个团队使用不同的策略来实现这种冷却。Tebbenjohanns解释说:“虽然Magrini和同事们开发了一种极其通用和适应性强的反馈机制来冷却粒子，但我们专注于它的环境，并以低温方式冷却背景气体。”

奥地利团队引入的反馈机制是基于一种叫做卡尔曼滤波器的系统。“这个精心调整的算法估计粒子的运动状态，计算每个瞬间需要多少力来减慢它，并调整对粒子施加力的电场，”奥地利团队成员解释道Andreas Deutschmann-Olek他在维也纳理工大学工作。

Girvin认为，新方法所达到的精度在计算、传感和通信方面有重要用途。他说:“例如，粒子的位置可以被用作传感器来测量微小的加速度，并感知电场和磁场的微小变化。”“有一天，我们甚至有可能测试不同的量子引力理论，尽管目前这还很遥远。”