引领未来趋势领袖:超精密测量

http://www.sina.com.cn 2008年01月04日 00:14  《环球科学》杂志

  超精密测量技术取得新进展

引领未来趋势领袖:超精密测量
  伊莱·A·萨特和彼得·W·萨特制出了世界上最小的吸管。在它的帮助下,他们发现金属液滴的凝固过程与科学家过去所认为的并不相同。

  仄升吸量管和量子尺给“微小”一词赋予了新的含义。

  科学家们使用吸管来量取和配制精确体积的液体。现有吸管能够量取的液体最小体积可达1阿升(attoliter,10-18升),也就是一百亿亿分之一升。

  美国布鲁克海文国家实验室的物理学家彼得·W·萨特(Peter W. Sutter)和伊莱·A·萨特(Eli A. Sutter)已经打破了这一下限:他们制造出一种吸管,可以量取体积仅有1阿升的千分之一,即1仄升的微小液滴。如此微小的体积,只能容纳1万到100万个金属原子。

  这些研究人员使用一条锗纳米线,一端连有一小团固态金锗合金。他们把这条两微米长的微小部件装进一个碳壳中,就构成了一个吸量管。在真空室里,他们加热并熔化合金,再用一束电子束照射碳壳的末端。电子束为熔化的金属打开一个出口,涌出的金属就形成了一个微小的液滴,直径仅40纳米,体积35仄升。

引领未来趋势领袖:超精密测量

干涉仪中的纠缠态光子可以用于超高精度测量

  在仄升量级下量取液体就已如此困难,那么,在经典物理学理论不再适用的更小尺度下进行测量,又会如何呢?利用量子力学进行高精度测量的量子测量法(Quantum metrology)就是这样一种技术。利用这种技术,日本北海道大学(Hokkaido University)和英国布里斯托尔大学(University of Bristol)的物理学家把光子对距离的测量精度几乎提高了一倍。

  在以前的研究中,科学家曾用纠缠于同一量子叠加态上的光子进行距离测量,这次取得的进展也建立在这一基础之上。研究小组将两个光子对导入一台干涉仪,这台设备会用反射镜产生一个环形光路,让光波彼此干涉。每一个光子都会一分为二,同时沿两条路径运动。一组4个处于某一纠缠态的光子沿某一个方向在干涉仪的环形光路中前进,而另一组4个光子则沿相反方向前进。反向运动的光子发生的干涉,可以揭示两组光子运行距离上的细微差异。

  精密测量在许多领域都大有用途,比如在使用激光刻蚀计算机芯片中的超薄电路时,精密测量技术就可以大显身手。

  撰文/史蒂文·阿什利(Steven Ashley)

  译/王栋 校/罗绮、虞骏

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