解開量子秘密：奈米粒子的革命之舞

編譯／高晟鈞

古典物理學大多指一些在量子力學與相對論之前發展出來的理論，概括的精確範圍需要依上下文而定，但不論是古典物理或是量子物理，都是支撐現代物理學的支柱。

然而，古典物理學在解釋小於原子尺寸的物體時，譬如量子糾纏等現象時會開始失效，無法給予一個精確的描述。因此尋找古典與量子物理學之間的界線，是現代科學研究的長期追求之一。一項創新研究利用懸浮光力學來觀察較大物體中的量子現象，為量子感測提供潛在應用，並彌合量子力學和經典力學之間的差距。

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較大物體中的量子現象

在過去的一個世紀裡，物理學家已經成功地在越來越大的物體中觀察到量子現象，從電子等亞原子粒子到包含數千個原子的分子。然而隨著物體質量和尺寸的增加，導致微妙量子特徵（例如糾纏）的相互作用會消失在環境中，進而導致我們觀察到的經典行為。

為了在更大尺度上觀察量子現象，需要在環境雜訊存在的情況下保留量子特徵。對此，有兩種不同的方法可以應對這項難題，第一是抑制噪聲，二是增強量子特徵。

由曼徹斯特大學、蘇黎世聯邦理工學院和因斯布魯克大學組成的團隊，選擇了第二種方法，將粒子至於兩個高反射鏡間，形成一個光學腔。這樣，每個粒子散射的光子在離開腔體之前會在鏡子之間反彈數千次，導致與另一個粒子相互作用的機會明顯更高。

而由於光學的相互作用是由空腔所介導的，因此強度不會隨著距離衰減，這意味著科學家們可以在毫米範圍內，耦合微米級的粒子。

實際應用與未來方向

這些發現代表了理解基礎物理學的重大飛躍，同時也為實際應用帶來了希望，特別是在可用於環境監測和離線導航的感測器技術方面。

現在，研究團隊正試著將新功能的感測技術，與成熟的量子冷卻技術結合，試圖實現奈米與微米粒子的糾纏，期待有一天可以縮小量子世界與經典力學的差距。

資料來源:ScitechDaily

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