佛罗伦萨的科学家们制造了一种装置，使他们能够同时研究量子物理学和经典物理学。

他们利用被激光束捕获的悬浮纳米球，可以观察到物质以前所未有的方式表现。这一突破可能有助于揭开量子世界的奥秘。

探索经典世界与量子世界之间的界限

近期，《Optica》科学期刊上发表的一项研究介绍了一种开创性的实验装置，该装置弥合了经典物理与量子物理之间的鸿沟。这一创新仪器使研究人员能够同时观察和研究这两个领域的现象。该装置在佛罗伦萨研制而成，是国家量子科学与技术研究所（NQSTI）多方合作努力的成果。参与合作的专家来自佛罗伦萨大学物理与天文学系、国家光学研究所（CNR-INO）、欧洲非线性光谱实验室（LENS）以及国家核物理研究所佛罗伦萨分部（INFN）。

物质在不同尺度下的表现

随着科学家们在越来越小的尺度上研究物质，物质的行为与我们在宏观世界中观察到的截然不同。这种转变正是量子物理发挥作用的地方，它让我们得以洞察物质在最小尺度上的本质。迄今为止，经典物理行为和量子行为一直是分别进行研究的。然而，CNR-INO 研究人员研发出的新装置使得科学家们能够在同一实验中同时研究这两种行为。

悬浮纳米物体的力量

该仪器通过一束紧密聚焦的激光使纳米级物体悬浮起来进行操作。这一过程被称为光镊，利用了光能够抓住和操控微观粒子的能力。光镊技术最初发现于20世纪80年代，物理学家亚瑟·阿什金在这一技术上取得了重大进展，他因在光镊领域的开创性工作而荣获2018年诺贝尔物理学奖。

捕获光线并观测量子领域

由弗朗切斯科·马林（来自佛罗伦萨大学和意大利国家研究委员会国家光学研究所）带领的意大利团队已利用此技术，用不同颜色的光束同时捕获了一对玻璃纳米球。在光阱中，这些球体在其平衡点附近以特定频率振荡，从而能够观察到“经典”和“量子”行为，而量子行为往往与直觉大相径庭。

揭开纳米振荡器的神秘面纱

“在这些纳米振荡器中，我们能够以高度受控的方式研究宏观物体的行为，此类系统是罕见的，”马林表示。“球体带有电荷，会相互作用，因此一个球体的运动轨迹强烈依赖于另一个球体。这为在经典领域和量子领域中研究集体相互作用的纳米系统开辟了道路，从而可以实验性探索这两个世界之间细微的边界。”

参考文献：《双色光镊中捕获的两个纳米球之间的库仑耦合》，作者：F. Marino、Q. Deplano、F. Marin、A. Pontin和A. Ranfagni，发表于2024年12月19日，《Optica》期刊。数字对象唯一标识符（DOI）：10.1364/OPTICA.538760

本研究还得益于由大学与研究部通过欧盟“下一代欧盟”（PNRR-国家复苏与韧性计划）基金资助的两项倡议的支持：“国家量子科学与技术研究所”（NQSTI）合作伙伴关系和“光子与量子科学综合基础设施倡议”（IPHOQS）基础设施。