澳大利亞科學家制造出世界最精確的“尺子”

澳大利亞科學家制造出世界最精確的“尺子”

發布時間:2007-11-30

      據sciencedaily網站2007年11月27日報道，別要嘗試告訴一名量子物理學家足夠近就已經足夠好。澳大利亞研究人員們發明了一種技術，首次以物理學定律所能允許的精確度進行了長度測量。
　　11月15日研究小組在《自然》雜志上發表的一篇論文公布了一種系統，即使用單個光子（單個光粒子）作為測量精微距離的尺子。格里菲斯大學量子動力學中心的喬夫.普里德與他的博士學生布雷登.黑金斯在實驗室中進行了這項實驗。量子動力學中心主任霍華德.威斯曼與悉尼大學的斯蒂芬.巴特昨特博士和麥加里大學的多米尼克.貝里博士共同發明了這一理論。
　　普里德使用單個光子作為工具，然后對每個光子穿越樣品的次數進行測量。研究小組使用36個光子進行了378次穿越，由此得出的長度測量結果的誤差還不到人頭毛絲的萬分之一。
　　普里德說，“這是一個非常少量的光。我們掃描條形碼所使用的光子數量是十的十五次冪。甚至你家中的的DVD播放機中的暗淡光源也會在一秒內發射出數萬億個光子”。威斯曼說，“數個世紀以來精確測量長度和物體特性的類似方法是干涉測量法，即一種使用電磁射線的波，比如光波來測量的技術。這兩項測量技術的關鍵區別在于，我們以一種方式獲得了海森堡測量不準原理允許范圍內的光子每次穿越樣品時的信息。這就是說，這種測量方法可能是目前最好的測量方法，是以前從未做過的。”
　　普里德說，“我們使用了比以前所認為的更少的光來進行精確測量。這一測量方法對諸如醫學研究之類的領域而言特別重要，因為將光透過一個生物樣體可能會破壞這一生物體。”
      我們為何需要如此精確的測量呢？
　　普里德說，“測量可以為所有科學提供支撐，從以往的歷史來看我們知道，精確測量的進步會帶來意想不到的科學發現，從而帶來新的技術和應用。舊的干涉計告訴我們，地球不能穿越一種被稱之為‘以太’的神秘物質，而事實上是穿越一個真空。這最終帶來了愛因斯坦相對論的誕生。我們并不知道這一新技術將把我們引向何方。”
　　研究小組的下一步研究目標是使用更多的單光子，獲得甚至更加精確的測量。普里德說，“從理論上講這是可能的。但是首先我們還需要克服幾個技術障礙。”
      量子物理學
　　在量子物理學的奇異世界中，一個光子可以同時以兩種不同的路徑抵達同一目的地。光子前往下一個地點依賴于兩條路徑長度的差異性。假如一條路徑的長度是已知的，這使得科學家可以非常精確地測量另一條路徑的長度。
　　格里菲斯大學進行的實驗的最新穎之處在于使光子在測量前可以在路徑中折返許多次。這放大了路徑長度不同所帶來的影響。這一理論可以同時應用于其它諸如速度、頻率和時間的測量。
　　這一技術結合了量子計算機研究（澳大利亞量子計算機技術中心）、量子控制和量子通訊的概念。巴特利特說，“這是一個結合不同方向研究取得新的和令人振奮研究成果的偉大范例”。
    英文原文鏈接參見：http://www.sciencedaily.com/releases/2007/11/071126100614.htm