量子自旋推動了厘米級鑽石:邁向宏觀疊加態的第一步

编辑者: Svitlana Velhush

在沖繩科學技術大學院大學(OIST)的實驗室裡,量子效應首次直接推動了肉眼可見的物體。科學家讓一顆懸浮於磁鐵上方的厘米級鑽石,在其原子晶格中電子自旋所產生的力作用下上下移動。

該實驗依賴於氮-空位中心——鑽石晶體中的缺陷,其中碳原子被氮原子和一個空位所取代。這些中心束縛著未配對的電子,其自旋可用綠色雷射極化。在脈衝光照下,自旋排列成序,使其微小的磁矩產生一股微弱但可測量的力。

鑽石懸掛在一根碳桿上,碳桿連接一塊石墨板,該石墨板因抗磁性而懸浮於磁鐵上方。當雷射關閉時,運動極小;當雷射開啟時,鑽石位移數十皮米——這是干涉儀能以皮米級精度記錄的距離。

該物體的質量比以往自旋-力學實驗中的物體大了八到九個數量級。這是首次由純量子自旋力在受重力影響的物體上引發經典力學響應。

這一結果為檢驗重力的量子本質開闢了道路。要觀測宏觀疊加態,需要將物體懸浮於真空中,並逐步增加其質量,直到重力效應變得顯著。

如今,該裝置已能製造用於搜尋暗物質和重力波的超精密感測器。下一步是質量再增加一個數量級,屆時實驗人員希望能更接近「薛丁格的貓」的真正實現。

就這樣,自旋的微小量子漲落首次觸及了可見事物的世界,並為量子力學與廣義相對論之間勾勒出一座橋樑。

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來源

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

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