物理学家成功地测量了微小粒子所受到的微弱引力

物理学家成功地测量了微小粒子所受到的微弱引力 量子引力的突破然而，南安普顿大学的物理学家与欧洲的科学家合作，利用一种新技术成功地探测到了一种微小粒子所受到的微弱引力。他们声称，这可能为找到难以捉摸的量子引力理论铺平道路。这项发表在《科学进展》杂志 上的实验利用悬浮磁铁探测微观粒子的引力微小到接近量子领域。量子实验的艺术印象。资料来源：南安普顿大学第一作者、南安普顿大学的蒂姆-福克斯（Tim Fuchs）说，这些结果可以帮助专家们找到我们的现实图景中缺失的拼图。他补充说："一个世纪以来，科学家们一直试图弄清万有引力和量子力学是如何协同工作的，但都以失败告终。现在，我们成功地测量到了有记录以来质量最小的引力信号，这意味着我们离最终实现引力信号如何协同工作又近了一步。从这里开始，我们将利用这种技术缩小源的规模，直到我们到达两边的量子世界。通过理解量子引力，我们可以解开宇宙中的一些谜团比如宇宙是如何开始的，黑洞内部发生了什么，或者将所有的力统一到一个大理论中。"科学界尚未完全理解量子领域的规则但人们相信，微观尺度上的粒子和力的相互作用与常规尺寸的物体不同。南安普顿的学者与荷兰莱顿大学和意大利光子学与纳米技术研究所的科学家共同进行了这项实验，实验经费来自欧盟地平线欧洲 EIC 开拓者基金（QuCoM）。他们的研究使用了一套复杂的装置，包括被称为陷阱的超导装置、磁场、灵敏探测器和先进的隔振装置。它在绝对零度以上百分之一摄氏度（约零下273 摄氏度）的冰点温度下悬浮一个 0.43 毫克大小的微小粒子，测量到了微弱的拉力，仅为 30aN 。拓展量子研究的视野南安普顿大学物理教授亨德里克-乌尔布里希特（Hendrik Ulbricht）说，这些结果为今后在更小的物体和力之间进行实验打开了大门。他补充说："我们正在推动科学的发展，这可能会带来关于引力和量子世界的新发现。我们的新技术利用极低的温度和设备来隔离粒子的振动，这很可能被证明是测量量子引力的未来方向。揭开这些谜团将有助于我们解开宇宙结构的更多秘密，从最微小的粒子到最宏伟的宇宙结构。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家发明测量水环境中纳米尺度的极微小力的新方法

科学家发明测量水环境中纳米尺度的极微小力的新方法 超分辨光子力显微镜，用于探测纳米粒子与表面之间的超弱相互作用力。资料来源：Lei Ding这项新技术采用了超分辨光子力显微镜（SRPFM），能够检测到水中小至 108.2 牛顿的力如此微小的力相当于测量一个病毒的重量。北京航空航天大学的首席研究员王凡教授说，这种超灵敏测量的关键在于使用掺镧纳米粒子，通过光学镊子将其捕获，然后用来探测生物系统内的微小作用力。他说："了解这些微小的力对于研究生物力学过程至关重要，而生物力学过程是活细胞工作的基础。到目前为止，由于探针发热和信号微弱等因素，在液体环境中高精度测量如此微小的力是一项重大挑战。"王及其团队开发的 SRPFM 技术通过采用先进的纳米技术和计算技术解决了这些难题。通过利用神经网络驱动的超分辨率定位技术，研究小组能够精确测量纳米粒子在流体介质中如何受到微小力的作用而发生位移。这项研究的共同第一作者、皇家墨尔本理工大学的丁磊博士说，这项创新不仅提高了力测量的分辨率和灵敏度，还最大限度地降低了捕获纳米粒子所需的能量，从而减少了对生物样本的潜在损害。丁说："我们的方法可以检测到低至每平方根带宽1.8飞牛顿的力，这接近热噪声的理论极限。"这项研究的影响是巨大的，共同第一作者、北京航空航天大学的单旭晨博士补充道。单说："通过提供一种在分子水平上测量生物事件的新工具，这项技术可以彻底改变我们对一系列生物和物理现象的理解。这包括从蛋白质如何在人体细胞内发挥作用到早期检测疾病的新方法等方方面面。单该研究还探索了该技术在测量作用于单个纳米粒子的电泳力以及DNA分子与界面之间的相互作用力方面的应用，这对于开发先进的生物医学工程技术至关重要。研究小组的发现不仅为新的科学发现铺平了道路，而且还可能应用于开发新的纳米技术工具和提高生物医学诊断的灵敏度。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

物理学家们提出了一种测量粒子隧穿时间的新方法

物理学家们提出了一种测量粒子隧穿时间的新方法 访问：NordVPN 立减 75% + 外加 3 个月时长 另有NordPass密码管理器 在经典物理学中，有一些硬性规定是无法规避的。例如，如果一个滚动的小球没有足够的能量，它就无法越过一座山，而是会在到达山顶之前掉头，并逆转方向。在量子物理学中，这一原则并不那么严格：粒子即使没有足够的能量越过障碍，也可以通过障碍。它就像在隧道中滑动一样，因此这种现象也被称为"量子隧道"。这种听起来神奇的现象在技术上有着切实的应用，例如在闪存驱动器中。过去，粒子以比光还快的速度通过隧道的实验曾引起过一些关注。毕竟，爱因斯坦的相对论不认可比光速更快的速度。因此，问题是在这些实验中，隧穿所需的时间是否被正确地"停止"了。来自达姆施塔特工业大学的物理学家帕特里克-沙赫（Patrik Schach）和恩诺-吉塞（Enno Giese）采用了一种新方法来定义隧道粒子的"时间"。他们现在提出了一种测量这种时间的新方法。在他们的实验中，他们采用了一种他们认为更适合隧穿量子性质的方法来测量时间。他们在著名的《科学进展》（Science Advances）杂志上发表了他们的实验设计。波粒二象性与量子隧道根据量子物理学，原子或光粒子等小粒子具有双重性质。根据实验的不同，它们的行为既像粒子，也像波。量子隧道突出了粒子的波特性。一个"波包"向障碍物滚动，就像一股水流。波的高度表示如果测量粒子的位置，粒子在该位置实现的概率。如果波包撞上能量屏障，部分波包会被反射。然而，一小部分会穿透屏障，粒子出现在屏障另一侧的概率很小。重新评估隧道挖掘速度以前的实验观察到，光粒子在隧道中的移动距离比自由路径的光粒子要长。因此，它的传播速度要比光快。然而，研究人员必须确定粒子通过后的位置。他们选择了粒子波包的最高点。但粒子并不遵循经典意义上的路径，由于不可能准确说出粒子在某个特定时间的具体位置。因此，很难说出从 A 到 B 所需的时间。沙赫和吉塞则以爱因斯坦的一句话为指导："时间就是你从时钟上读到的东西"，他们建议使用隧道粒子本身作为时钟。第二个不隧穿的粒子作为参照物。通过比较这两个天然时钟，就可以确定量子隧穿过程中时间的流逝是较慢、较快还是同样快。粒子的波特性为这一方法提供了便利。波的振荡类似于时钟的振荡。具体来说，沙赫和吉塞提议使用原子作为时钟。原子的能级以一定频率振荡。用激光脉冲照射原子后，原子的能级开始同步振荡原子钟开始工作。然而，在隧穿过程中，节奏会发生轻微变化。第二个激光脉冲会导致原子的两个内波发生干涉。通过检测这种干涉，可以测量出两个能级波之间的距离，进而精确测量出时间的流逝。第二个原子不会隧穿，它是测量隧穿与非隧穿之间时间差的参照物。两位物理学家的计算表明，隧穿粒子的时间会稍有延迟。帕特里克-沙赫说："进入隧道的时钟比另一个时钟稍早一些。这似乎与将超光速归因于隧道效应的实验相矛盾。"原则上，利用当今的技术就可以进行这项测试，但这对实验人员来说是一项重大挑战。这是因为需要测量的时间差只有 10-26秒左右，时间极短。物理学家解释说，使用原子云而不是单个原子作为时钟是有帮助的。此外，还可以通过人为提高时钟频率等方法来放大这种效应。吉塞补充说："我们目前正在与实验同事讨论这一想法，并与项目合作伙伴保持联系。很有可能很快就会有一个团队决定开展这项激动人心的实验。"编译来源：ScitechDailyDOI: 10.1126/sciadv.adl6078 ... PC版： 手机版：

《泡利物理学讲义 》

《泡利物理学讲义 》 简介：由著名量子物理学家沃尔夫冈·泡利整理的经典课程资料，系统阐述了20世纪初期理论物理的革命性进展。内容涵盖量子力学、相对论及粒子物理，以严谨的数学框架揭示微观世界规律，穿插对海森堡、玻尔等同时代科学家的学术讨论，展现了物理学范式转变的关键思维过程。 亮点：将深奥的理论突破转化为逻辑连贯的教学体系，既保留原始论文的创造张力，又通过重构数学表述增强可读性。特别收录与爱因斯坦关于相对论的通信讨论，呈现科学争议的思辨之美。 标签：#量子力学 #理论物理 #科学史 #经典教材 #学术思辨 #科学家讲坛 链接：

科学家利用固态自旋量子传感器研究了电子自旋之间新的速度相关相互作用

科学家利用固态自旋量子传感器研究了电子自旋之间新的速度相关相互作用 标准模型是粒子物理学中一个非常成功的理论框架，描述了基本粒子和四种基本相互作用。然而，标准模型仍然无法解释当前宇宙学中的一些重要观测事实，例如暗物质和暗能量。一些理论认为，新粒子可以充当传播者，在标准模型粒子之间传递新的相互作用。目前，缺乏关于自旋速度相关新相互作用的实验研究，特别是在相对较小的力距离范围内，几乎不存在实验验证。研究人员设计了一个配备两颗钻石的实验装置。使用化学气相沉积在每颗钻石表面制备了高质量的氮空位 （NV） 集成。一个NV系综中的电子自旋用作自旋传感器，而另一个则充当自旋源。研究人员通过相干地操纵两个金刚石NV系综的自旋量子态和相对速度，在微米尺度上寻找电子速度依赖性自旋之间的新相互作用效应。首先，他们使用自旋传感器来表征磁偶极子与自旋源的相互作用作为参考。然后，通过调制自旋源的振动并执行锁定检测和相位正交分析，他们测量了SSIVD。研究的实验结果。图片来源：DU et al.对于两种新的相互作用，研究人员分别在小于1厘米和小于1公里的力范围内进行了首次实验检测，获得了宝贵的实验数据。正如编辑所说，“这些结果为量子传感界带来了新的见解，以利用固态自旋的紧凑、灵活和敏感特征来探索基本相互作用。该团队由中国科学院中国科学技术大学杜江峰院士和邢荣教授领导，浙江大学焦满教授合作。更多信息：Yue Huang 等人，与固态量子传感器的奇异自旋-自旋-速度相关相互作用的新约束，物理评论快报 （2024）。DOI： 10.1103/PhysRevLett.132.180801 ... PC版： 手机版：

科学家提出搜寻暗物质的新方法

科学家提出搜寻暗物质的新方法 自暗物质被发现以来，科学家们一直未能探测到它，即使几十年来在世界各地部署了多个超灵敏粒子探测器实验也无济于事。现在，美国能源部（DOE）SLAC 国家加速器实验室的物理学家们提出了一种利用量子设备寻找暗物质的新方法。SLAC物理学家丽贝卡-利恩（Rebecca Leane）是这项新研究的作者之一，她认为大多数暗物质实验都在寻找银河系暗物质，这种暗物质会直接从太空发射到地球上，但另一种暗物质可能已经在地球周围徘徊了很多年。利恩说："暗物质进入地球后，会四处弹跳，最终被地球的引力场困住。随着时间的推移，这种热化暗物质的密度会比少数松散的星系粒子更高，这意味着它更有可能撞上探测器。不幸的是，热化暗物质的移动速度要比银河系暗物质慢得多，这意味着它传递的能量要比银河系暗物质少得多传统探测器可能无法看到。"有鉴于此，利恩和 SLAC 博士后研究员阿尼尔班-达斯找到了 SLAC 的科学家诺亚-库林斯基，他是一个新实验室的负责人，主要研究用量子传感器探测暗物质。库林斯基说，科学家通常认为这是因为冷却系统不完善或环境中存在热源。但他说，可能还有其他原因："如果我们实际上有一个完美的冷系统，而我们无法有效冷却它的原因是它不断受到暗物质的轰击呢？"达斯、库林斯基和利恩想知道，超导量子设备是否可以重新设计为热化暗物质探测器。根据他们的计算，激活量子传感器所需的最小能量足够低，约为千分之一电子伏特，因此它可以探测到低能量的银河系暗物质以及悬浮在地球周围的热化暗物质粒子。当然，这并不意味着暗物质是量子设备失灵的罪魁祸首只是说它是可能的，下一步就是要弄清楚他们能否以及如何将敏感的量子设备变成暗物质探测器。因此，有几件事需要考虑。首先，也许有更好的材料来制造这种装置。利恩说："我们一开始考虑的是铝，这只是因为铝可能是迄今为止用于探测器的特性最好的材料。但事实可能证明，对于我们正在研究的质量范围和我们想要使用的探测器类型，也许有更好的材料。"利恩说，还有一种可能性是，热化暗物质与量子设备的相互作用不会像银河系暗物质被怀疑与直接探测设备的相互作用那样。在这项研究中只是考虑了暗物质进入并直接弹开探测器的简单情况，但它还可以做很多其他事情。例如，其他粒子可能与暗物质相互作用，改变探测器中粒子的分布方式。"这就是在 SLAC 工作的好处之一。我们确实有相当多样化的小组在从事许多不同的科学研究，我觉得这个项目是 SLAC 研究的一个非常好的协同效应。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：