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澳大利亚科学家制造出世界最精确的“尺子”

    据sciencedaily网站2007年11月27日报道,别要尝试告诉一名量子物理学家足够近就已经足够好。澳大利亚研究人员们发明了一种技术,首次以物理学定律所能允许的精确度进行了长度测量。

  11月15日研究小组在《自然》杂志上发表的一篇论文公布了一种系统,即使用单个光子(单个光粒子)作为测量精微距离的尺子。格里菲斯大学量子动力学中心的乔夫.普里德与他的博士学生布雷登.黑金斯在实验室中进行了这项实验。量子动力学中心主任霍华德.威斯曼与悉尼大学的斯蒂芬.巴特昨特博士和麦加里大学的多米尼克.贝里博士共同发明了这一理论。

  普里德使用单个光子作为工具,然后对每个光子穿越样品的次数进行测量。研究小组使用36个光子进行了378次穿越,由此得出的长度测量结果的误差还不到人头毛丝的万分之一。

  普里德说,“这是一个非常少量的光。我们扫描条形码所使用的光子数量是十的十五次幂。甚至你家中的的DVD播放机中的暗淡光源也会在一秒内发射出数万亿个光子”。威斯曼说,“数个世纪以来精确测量长度和物体特性的类似方法是干涉测量法,即一种使用电磁射线的波,比如光波来测量的技术。这两项测量技术的关键区别在于,我们以一种方式获得了海森堡测量不准原理允许范围内的光子每次穿越样品时的信息。这就是说,这种测量方法可能是目前最好的测量方法,是以前从未做过的。”

  普里德说,“我们使用了比以前所认为的更少的光来进行精确测量。这一测量方法对诸如医学研究之类的领域而言特别重要,因为将光透过一个生物样体可能会破坏这一生物体。”

    我们为何需要如此精确的测量呢?

  普里德说,“测量可以为所有科学提供支撑,从以往的历史来看我们知道,精确测量的进步会带来意想不到的科学发现,从而带来新的技术和应用。旧的干涉计告诉我们,地球不能穿越一种被称之为‘以太’的神秘物质,而事实上是穿越一个真空。这最终带来了爱因斯坦相对论的诞生。我们并不知道这一新技术将把我们引向何方。”

  研究小组的下一步研究目标是使用更多的单光子,获得甚至更加精确的测量。普里德说,“从理论上讲这是可能的。但是首先我们还需要克服几个技术障碍。”

    量子物理学

  在量子物理学的奇异世界中,一个光子可以同时以两种不同的路径抵达同一目的地。光子前往下一个地点依赖于两条路径长度的差异性。假如一条路径的长度是已知的,这使得科学家可以非常精确地测量另一条路径的长度。

  格里菲斯大学进行的实验的最新颖之处在于使光子在测量前可以在路径中折返许多次。这放大了路径长度不同所带来的影响。这一理论可以同时应用于其它诸如速度、频率和时间的测量。

  这一技术结合了量子计算机研究(澳大利亚量子计算机技术中心)、量子控制和量子通讯的概念。巴特利特说,“这是一个结合不同方向研究取得新的和令人振奋研究成果的伟大范例”。

    英文原文链接参见:http://www.sciencedaily.com/releases/2007/11/071126100614.htm


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