科學家們創造了有史以來旋轉速度最快的物體，這使他們離能夠測量在真空中起作用的神秘量子力又近了一大步。這個破紀錄的物體是一小塊硅石，每秒鐘可以旋轉幾十億次，這創造了足夠的靈敏度，研究小組認為可以利用它來探測真空中摩擦產生的極小阻力。隨著我們努力瞭解宇宙在其基礎上是如何運作的，關於真空的科學正在迅速成為物理學中的一個大問題。
研究人員現在已經接受了這樣一個事實：太空並不是空的，裡面實際上充滿了量子漲落，科研人員一直在努力尋找足夠靈敏的工具來測量這些微小的力。
幾年前，美國普渡大學的研究人員向前邁出了一步，他們發明了一種測量作用在一小塊長方形金剛石上的扭矩力的方法。通過使用激光將材料懸浮在真空中，物理學家們擁有了一個非常精密的設備。物理學家李在2016年解釋道：“扭力天平在現代物理學的發展中發揮了歷史性的作用。而現在，真空中的激光懸浮橢球形納米金剛石提供了一種新的納米尺度的扭力天平，其靈敏度將提高許多倍。”
三年後，李和他的團隊用直徑只有150納米的硅微球代替了金剛石，這些硅微球被用500毫瓦的激光器保存在一個真空室中。利用第二束激光產生的偏振脈衝，這些微小的二氧化硅可以自旋，這些啞鈴形的粒子達到了驚人的每分鐘3000億轉，打破了之前僅有五分之一速度的極限。
撇開這些旋轉不談，研究人員希望改進的是對旋轉力的敏感性。雖然這個實驗依賴於現代技術，但它的根源在於一個古老的實驗。18世紀末，英國科學家亨利·卡文迪什試圖用兩對鉛砝碼測量牛頓的引力定律，從而為牛頓的引力定律提供了確鑿的數據。這個新的納米版本的卡文迪什實驗非常靈敏，理論上可以用來測量微弱的電磁場牽引。這種微弱的電磁場會在真空中產生一種摩擦力，這種摩擦力則是由量子物理固有的不確定性形成的。
研究人員在報告中寫道：“一個快速旋轉的中性納米粒子可以將量子和熱真空波動轉化為輻射發射。”。正因為如此，電磁真空就像一種複雜的流體，會在納米粒子上施加一個摩擦力矩。
2016年的一項實驗開發了一種測量扭矩的方法，其靈敏度可達3x10^-24N·m，這一過程需要的溫度僅比絕對零度高出零點幾度。隨後，李和他的團隊也閃電般地打破了之前的記錄，通過比較二氧化硅在激光循環之間旋轉的方式，得出了扭矩測量值只有1.2x10^-27N·m。在室溫下也是如此。
未來，我們可以通過改變旋轉材料、溫度以及附近物體等環境因素的實驗，最終測量在最低能量下未受干擾的量子場是如何作用的。
本文譯自 sciencealert，由譯者 Lough 基於創作共用協議(BY-NC)發佈。
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