【產(chǎn)通社，1月20日訊】北京大學(xué)（Peking University）官網(wǎng)消息，力是物理學(xué)的基本研究對(duì)象。微弱力的測(cè)量一直是驗(yàn)證基本物理、發(fā)現(xiàn)新物理的關(guān)鍵手段，用于發(fā)現(xiàn)超越標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理、測(cè)定真空漲落、探測(cè)引力波、探索暗物質(zhì)等。微弱力決定了我們對(duì)從微觀到宏觀的基本物理定律的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，力的測(cè)量直接應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，其廣泛運(yùn)用于材料表面形貌的表征、重力儀、慣性導(dǎo)航等。微弱力測(cè)量的精度直接決定我們對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)認(rèn)知的層次和技術(shù)應(yīng)用中的測(cè)量精度。

傳統(tǒng)上，我們通過(guò)物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)來(lái)測(cè)量力。我們需要測(cè)定物體在施加力的過(guò)程中初末狀態(tài)的空間坐標(biāo)，用以標(biāo)定加速度。研究表明，該測(cè)量方法因“海森堡不確定性原理”的制約，測(cè)量精度無(wú)法突破一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)量子極限。為此，國(guó)際上的科研團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的努力，在不同的實(shí)驗(yàn)體系中進(jìn)行摸索，改進(jìn)了力的測(cè)量技術(shù)，大幅度提升了力的測(cè)量靈敏度。在多種不同的實(shí)驗(yàn)體系中將技術(shù)細(xì)節(jié)發(fā)揮到極致，用以提升力的測(cè)量靈敏度。近期發(fā)展的單離子對(duì)靜電場(chǎng)力的感知技術(shù)達(dá)到了1E-19 N/Hz的測(cè)量靈敏度。

北京大學(xué)和復(fù)旦大學(xué)的聯(lián)合研發(fā)團(tuán)隊(duì)，長(zhǎng)期致力于冷原子量子系統(tǒng)的研究，發(fā)展了多項(xiàng)對(duì)光晶格中冷原子外態(tài)控制的原創(chuàng)技術(shù)，可以對(duì)數(shù)十萬(wàn)原子形成的量子物質(zhì)波進(jìn)行高精度的量子調(diào)控。實(shí)驗(yàn)采用基于光晶格技術(shù)將物質(zhì)波的實(shí)空間運(yùn)動(dòng)和動(dòng)量空間運(yùn)動(dòng)分離的方法，完成了對(duì)量子物質(zhì)波波矢的控制和測(cè)量。同時(shí)，物質(zhì)波在光晶格中的布拉格散射給出了標(biāo)定物質(zhì)波波矢大小和方向的精確二維坐標(biāo)。這種量子測(cè)量技術(shù)可以直接精確地測(cè)量出物質(zhì)波在力作用下的波矢積累，而不需要測(cè)量原子的空間位置變化。該技術(shù)通過(guò)量子物質(zhì)波建立了力和普朗克常數(shù)之間的直接聯(lián)系，我們無(wú)需對(duì)原子質(zhì)量、原子數(shù)、原子磁矩等物理量進(jìn)行標(biāo)定，也就不會(huì)受到這些物理量的測(cè)量不確定度的影響。實(shí)驗(yàn)中量子物質(zhì)波對(duì)力的感知靈敏度達(dá)到2E-26N/Hz，?突破了上述標(biāo)準(zhǔn)量子極限近一個(gè)數(shù)量級(jí)。團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了數(shù)千次的量子物質(zhì)波重復(fù)實(shí)驗(yàn)，完成了對(duì)一個(gè)極微弱力的測(cè)量，大規(guī)模數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析表明測(cè)量精度達(dá)到2E-28N，這個(gè)力相當(dāng)于毫米尺度下原子間范德瓦爾斯力的作用強(qiáng)度。

該項(xiàng)成果于2022年11月發(fā)表于Science Bulletin，并被選為雜志封面文章。北京大學(xué)電子學(xué)院的博士研究生郭新新和俞鐘承為共同第一作者，復(fù)旦大學(xué)的李曉鵬教授，北京大學(xué)物理學(xué)院量子材料科學(xué)中心的張熙博研究員和電子學(xué)院的周小計(jì)教授為共同通訊作者。查詢進(jìn)一步信息，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)官方網(wǎng)站http://news.pku.edu.cn/jxky/d94ea95ba51b46d2975ae88d8dc4867a.htm。（Donna Zhang，張底剪報(bào)）    （完）