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上海交大教授发明"光秤" 能称出单个质子重量

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秤是我们熟悉的用品。然而,您听说过“光秤”吗?

光明日报 上海交通大学朱卡的教授就发明了这样一个为原子和质子等微观粒子“称重”的秤。它用全光学的方法代替了传统的电学测量,被美国物理学会认为“有望带领纳米科学进入一个崭新的测量领域。”

朱卡的教授告诉记者,在量子信息和量子测量技术迅猛发展的今天,对量子奇异世界的探索已成为各国研究学者的不懈追求。他和他所指导的李金金博士以量子光学和纳米材料为研究基础,在国际上首次提出了纳米光学质谱仪,也就是“光秤”,可以对生物DNA分子的质量、染色体的质量以及中性原子的质量进行无损高精度的光学测量。

现有的测量方法无法精确到单个原子的测量,而只能用一堆原子作为测量单位进行反复测量,然后再进行估算原子的质量。那么怎样用“光秤”来测出一个原子的质量?朱卡的教授介绍,把待测原子放在一个碳纳米管表面,然后用两束强弱不同的光同时照在碳纳米管上,此时探测弱光的吸收谱,就可以精确得到碳纳米管的振动频率。我们要先后两次测量碳纳米管的振动频率,得到放入原子前后碳纳米管的振动频率的变化量,通过计算就能得到落入碳纳米管表面的单个原子的质量。“其实这里并没有包含物理学上的什么新方面或新原理,但以前却从来没有人考虑过这样一个方案。”

据朱卡的教授估算,通过全光控制的“光秤”,其灵敏度和精确度比传统的电学质谱仪高出了将近三个数量级。

对单个中性原子的测量研究已告一段落,目前朱卡的教授团队正在研究通过“光枰”来对单个质子或中子进行测量。他们还希望把“光秤”应用到生物DNA分子的研究中去。据介绍,传统的癌变DNA分子的质量应与正常的DNA分子是不完全一样的,利用高精度“光枰”称重,或许可以更早更准地检测到癌细胞的存在。

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