量子自旋推动了厘米级钻石:迈向宏观叠加态的第一步

编辑者: Svitlana Velhush

在冲绳科学技术大学院大学(OIST)的实验室里,量子效应首次直接推动了一个肉眼可见的物体。科学家让一颗悬浮在磁体上方的厘米级钻石,在由其原子晶格中电子自旋所产生的力的作用下上下移动。

该实验依托于氮-空位中心——钻石晶体中的缺陷,即碳原子被氮原子和一个空位所取代。这些中心束缚着未成对电子,其自旋可以用绿色激光进行极化。在脉冲光照下,自旋会排列成特定取向,使其微小的磁矩产生一种微弱但可测量的力。

钻石悬挂在一根碳质杆上,该杆与一块石墨板相连,石墨板凭借抗磁性悬浮在磁体上方。当激光关闭时,运动微乎其微;当激光开启时,钻石会位移数十皮米——这一距离可由干涉仪以皮米级精度记录下来。

该物体的质量比以往的自旋-力学实验大了八到九个数量级。这是首次由纯粹量子性的自旋力,对一个受引力作用的物体引发经典力学响应。

这一结果为检验引力的量子本质开辟了道路。要观测宏观叠加态,需要将物体悬浮在真空中,并逐步增大其质量,直到引力效应变得显著。

目前,该装置已经能够制造用于搜寻暗物质和引力波的超精密传感器。下一步是让质量再提高一个数量级,届时实验人员有望更接近“薛定谔之猫”的真正实现。

就这样,自旋的微小量子涨落首次触及了可见事物的世界,并在量子力学与广义相对论之间勾勒出一座桥梁。

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来源

  • First observation of quantum spins shifting a centimeter-scale object in the lab

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