記者從中國(guó)科大獲悉，該校郭光燦院士團(tuán)隊(duì)與合作者合作，基于真空光鑷系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了高精度全光學(xué)的質(zhì)量和位置測(cè)量。該研究成果日前發(fā)表在物理學(xué)知名期刊《物理學(xué)評(píng)論快報(bào)》上。

光學(xué)檢測(cè)已經(jīng)成為當(dāng)前科學(xué)以及應(yīng)用領(lǐng)域最精密的測(cè)量方法，如引力波的探測(cè)以及光鑷技術(shù)在生物中的操控和測(cè)量，都已經(jīng)獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。真空光鑷技術(shù)就是通過(guò)在真空環(huán)境中光學(xué)懸浮微納顆粒，能最大程度隔絕環(huán)境噪聲對(duì)測(cè)量過(guò)程的干擾，進(jìn)一步提高測(cè)量穩(wěn)定性和靈敏度，可實(shí)現(xiàn)力、質(zhì)量等物理量的高精度測(cè)量。

在真空光鑷體系中，懸浮粒子的運(yùn)動(dòng)行為操控以及將測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換為實(shí)際位移的校準(zhǔn)過(guò)程是其兩項(xiàng)核心技術(shù)。但是，運(yùn)動(dòng)行為操控的不完美以及信號(hào)校準(zhǔn)的誤差將直接導(dǎo)致測(cè)量靈敏度和準(zhǔn)確度的降低，在微納尺度下，粒子質(zhì)量和外加力的測(cè)量是相當(dāng)困難，且測(cè)量或估算誤差較大。

科研人員基于幅值鎖定技術(shù)，通過(guò)精確測(cè)量一顆直徑約為150nm的懸浮二氧化硅小球的非線性頻率移動(dòng)，獲得了該粒子振動(dòng)幅值的精確值，從而實(shí)現(xiàn)了高精度高準(zhǔn)確度的運(yùn)動(dòng)信號(hào)校準(zhǔn)。緊接著，他們利用該高精度校準(zhǔn)的真空光鑷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了亞皮米級(jí)靈敏度的位置測(cè)量和飛克量級(jí)微粒的質(zhì)量測(cè)量，其測(cè)量結(jié)果的相對(duì)不確定度分別可達(dá)1%和2.2%。該位置與質(zhì)量測(cè)量不確定度是當(dāng)前相關(guān)測(cè)量體系所能獲得的最好水平。此外，他們還實(shí)現(xiàn)了單個(gè)微粒的尺寸和密度的測(cè)量，為獲取微納尺度物質(zhì)的參數(shù)和性能提供了新的方法。

該工作成果為實(shí)現(xiàn)高可控性的真空光鑷體系打下了重要實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，為精密測(cè)量、微觀尺度熱力學(xué)以及光力相互作用等研究提供了重要實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。基于這項(xiàng)高可控性的真空光鑷體系，還將可能實(shí)現(xiàn)宏觀量子疊加態(tài)，并進(jìn)一步提高相關(guān)物理量的測(cè)量極限。