作者：杰夫·布鲁姆菲尔
研究人员通过用微小的电场推动仅由 60 个离子组成的簇，测量了有史以来最小的力。
这一结果测量值仅为攸克牛顿（10^-24 牛顿），比之前的最低记录低几个数量级。这项测量的研究小组位于科罗拉多州博尔德市的国家标准与技术研究院，他们希望这项技术最终能带来测量材料表面微小特征的新工具。
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微小力的测量对于原子表面成像和检测核自旋至关重要，但由于涉及的尺寸极小，因此难以进行测量。
迄今为止，研究人员通过对微观桨或导线施加微小推力，然后观察它们的振动，成功测量了大约阿托牛顿（10^-18 N）的力。 这些系统运行良好，但受到其相对较大尺寸等因素的限制。
新技术避开了桨式系统，转而使用仅 60 个铍-9 离子。 该小组将离子压平成一个微小的“薄饼”，并使用磁场将其悬浮在空中。 论文的第一作者迈克尔·比尔库克（Michael Biercuk）现就职于澳大利亚悉尼大学，他在物理学预印本服务器 arXiv.org 上发表的一篇论文中写道，然后他们用激光照射这些离子。
通过仔细调整激光，他们从原子薄饼中提取能量，直到其温度达到仅 0.5 毫开尔文。
然后，该团队用微小的电场轻推他们的薄饼。 这一轻推震动了离子，并导致反射激光发生可辨别的变化。 根据变化的大小，该团队估计他们测量的力小至 174 攸克牛顿——比之前的测量值小约一千倍。
微小力推动微小质量
“使其奏效的原因是该系统非常轻巧，”马里兰大学帕克分校的物理学家克里斯·门罗（Chris Monroe）说道，他没有参与这项研究。
牛顿第二运动定律指出，力等于质量和加速度的乘积，因此微小的质量对微小的力很敏感。 60 个铍-9 离子的重量约为 0.1 攸克千克，是可能实现的最轻的力探针之一。
门罗补充说，这项技术并没有什么特别新颖之处。 超冷原子簇本身已经是许多研究的焦点。 该团队的见解是，超冷离子将成为超灵敏的力探测器。 研究人员在他们的论文中表示，用更少的离子可能会实现更灵敏的探测。
门罗表示，他原则上同意，但指出，随着离子数量的减少，对于测量至关重要的激光信号也会随之减弱。 该研究背后的团队表示，单个离子可以探测到更小的力。 门罗说，的确如此，前提是离子本身可以被准确测量。
最终，该团队希望铍离子可以用作各种测量中的微小力探测器。 “原则上，你可以尝试将其用于基本力测量，”博尔德 JILA 的研究员康拉德·莱纳特（Konrad Lehnert）说道，他之前在使用振动线的测量工作中保持着测量记录。 特别是，可能有可能在超短尺度上测试引力和量子效应。
但门罗警告说，不应过度宣传这项技术。 他指出，离子必须隔离在真空室中才能工作，这使得实际应用变得棘手。
“它不会被用来明天就找到石油或任何东西，”他说。 但他补充说，将原子薄饼开发成更实用的东西很可能是有可能实现的。