麼牛頓

麼牛頓是最小的力單位，美國伯克利勞倫斯國家實驗所和加利福尼亞大學伯克利分校的研究小組發現了被認為是迄今為止測量到的最小的力。研究人員藉助雷射和一種特殊的光學捕獲系統，測量到了約為42麼牛頓的力。

基本介紹

• 中文名：麼牛頓
• 類別：力學單位

單位換算

1麼牛頓為10的負24次方牛頓。

物理實驗

伯克利實驗所材料科學部及加州大學伯克利分校物理學系共同委派的物理學家丹·斯坦珀-柯恩說：“我們在光學空腔諧振器中對超冷原子云的質心運動施加外力影響，然後測量隨之而來的運動。”他說：“當驅動力和超冷原子云的振動頻率產生共振時，我們獲得了與理論預測一致的靈敏度，只比標準量子極限高出4個數量級，這是目前實現的靈敏度最高的測量法。”

如果想證實重力波的存在，或者要確定巨觀尺度上的萬有引力定律在多大程度上繼續適用於微觀尺度，就需要發現並測量極其微小的力量和運動。比如，在美國雷射干涉儀引力波觀測台，科學家正試圖記錄下小到質子直徑千分之一大小的運動。

當對力量和運動的測量在靈敏度上達到量子的水平時，就會碰到被稱為海森伯格不確定原則的障礙：測量活動本身會對結果造成干擾。這一障礙被稱為標準量子極限。研究小組成員悉尼·施雷普勒說：“我們測量的靈敏度是迄今為止最接近於標準量子極限的。”施雷普勒說：“1980年的一篇科技論文預言會在5年內達到標準量子極限。而事實上，這一過程多耗費了約30年。”

在超靈敏探測器的核心是機械振子，這是一個能將力轉化為可衡量的機械運動的系統。將外力施加到振子上時，就像用一隻蝙蝠擊打一個鐘擺。“我們測到的是最接近‘標準量子極限’的力。之所以能夠達到這種靈敏度，因為使用的機械振子僅由1200個原子組成。”科恩研究組成員和論文第一作者西尼·思瑞普勒說。

在思瑞普勒和他的同事使用的實驗裝置中，機械振子的重要成分，是一種用光學方法能夠困住銣原子並將其冷卻到接近絕對零度的氣。困住原子的光阱包括兩個波長分別為860納米和840納米的駐波光場，可以分別對原子產生均等反向的軸向力。調製840納米波長光場振幅時，質心運動會被誘導出來，其直接反應會被一束波長為780納米的探測波測量出來。

一般來講，當力和運動的測量靈敏度達到量子水平，必然碰到一個叫做“海森堡不確定性原理”的屏障，該原理認為，測量本身會因“量子反作用”現象擾亂振子的工作狀態。這個障礙被稱為“標準量子極限”。思瑞普勒解釋了實驗中的關鍵環節，“我們將銣原子從所處環境中解耦出來並維護其冷卻溫度，接下來，困住原子的雷射光束能夠把它們與外部環境干擾隔離開來且不至於使它們變熱，這足以使我們接近力靈敏度的極限”。