美國勞倫斯·伯克利國家實(shí)驗(yàn)室和加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的研究人員，用一組激光器和一個(gè)獨(dú)特的光誘捕系統(tǒng)制造了一團(tuán)超冷原子云，在其中測(cè)得相當(dāng)于42幺牛頓（1幺牛頓=10-24牛頓）的力，這是有史以來測(cè)量到的最小的“力”。

愛因斯坦在“相對(duì)論”中預(yù)測(cè)引力波和時(shí)空漣漪的存在，如果想要證實(shí)這個(gè)預(yù)測(cè)，或者想確定牛頓在宏觀范疇下提出的萬有引力定律在微觀世界適用到什么程度，就需要捕捉和測(cè)量這種幾乎非常細(xì)微的力，以及它們的運(yùn)動(dòng)。

研究人員在高精細(xì)度的光學(xué)空腔中，對(duì)超冷原子云的質(zhì)心運(yùn)動(dòng)施加外力，當(dāng)外力與云團(tuán)振蕩頻率達(dá)到共振時(shí)，取得了一種與理論預(yù)測(cè)相一致的力敏感度。

在超靈敏探測(cè)器的核心是機(jī)械振子，這是一個(gè)能將力轉(zhuǎn)化為可衡量的機(jī)械運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。將外力施加到振子上時(shí)，就像用一只蝙蝠擊打一個(gè)鐘擺。“我們測(cè)到的是最接近‘標(biāo)準(zhǔn)量子極限的力。之所以能夠達(dá)到這種靈敏度，因?yàn)槭褂玫臋C(jī)械振子僅由1200個(gè)原子組成。”科恩研究組成員西尼·思瑞普勒說。

在思瑞普勒和他的同事使用的實(shí)驗(yàn)裝置中，機(jī)械振子的重要成分，是一種用光學(xué)方法能夠困住銣原子并將其冷卻到接近絕對(duì)零度的氣。

困住原子的光阱包括兩個(gè)波長分別為860納米和840納米的駐波光場，可以分別對(duì)原子產(chǎn)生均等反向的軸向力。調(diào)制840納米波長光場振幅時(shí)，質(zhì)心運(yùn)動(dòng)會(huì)被誘導(dǎo)出來，其直接反應(yīng)會(huì)被一束波長為780納米的探測(cè)波測(cè)量出來。

一般來講，當(dāng)力和運(yùn)動(dòng)的測(cè)量靈敏度達(dá)到量子水平，必然碰到一個(gè)叫做“海森堡不確定性原理”的屏障，該原理認(rèn)為，測(cè)量本身會(huì)因“量子反作用”現(xiàn)象擾亂振子的工作狀態(tài)。這個(gè)障礙被稱為“標(biāo)準(zhǔn)量子極限”。

思瑞普勒解釋了實(shí)驗(yàn)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，“我們將銣原子從所處環(huán)境中解耦出來并維護(hù)其冷卻溫度，接下來，困住原子的激光光束能夠把它們與外部環(huán)境干擾隔離開來且不至于使它們變熱，這足以使我們接近力靈敏度的極限”。

到目前為止，標(biāo)準(zhǔn)量子極限是人類目前為止能夠達(dá)到的最敏感的程度。在過去幾十年間，科學(xué)家們采取了一系列對(duì)策，以盡量減少量子反作用現(xiàn)象的發(fā)生和影響，進(jìn)而更靠近標(biāo)準(zhǔn)量子極限，但最好也不過降低了6到8個(gè)數(shù)量級(jí)。

思瑞普勒認(rèn)為，如果使用更冷一些的原子團(tuán)和改進(jìn)的光腔探測(cè)器，借助已有的能弱化量子反作用的技術(shù)，完全可以展開進(jìn)一步的探測(cè)實(shí)驗(yàn)，而且很可能會(huì)取得更接近標(biāo)準(zhǔn)量子極限的力靈敏度?！耙黄l(fā)表在上世紀(jì)80年代的科學(xué)論文預(yù)測(cè)，標(biāo)準(zhǔn)量子極限可以在5年內(nèi)達(dá)到，現(xiàn)在已經(jīng)花了30多年。但是，我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了一種實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，可以在無限量接近標(biāo)準(zhǔn)量子極限的同時(shí)，一并展現(xiàn)不同類型的干擾狀態(tài)?！彼既鹌绽照f。

如今，這一可行方法給科學(xué)家試圖探測(cè)引力波提供了一種可行方案；對(duì)于那些希望證明牛頓定律是否適用于量子世界的人來說，現(xiàn)在獲得了新的檢驗(yàn)方法；實(shí)驗(yàn)中增強(qiáng)的力敏感度，也為原子力顯微鏡的改進(jìn)指明了路徑。