通过“聆听” 科学家首次测量光的动量

2018年08月27日08:24  来源:科技日报
 

 据物理学家组织网近日报道,光具有动量的想法并不新鲜,但光与物质如何相互作用的确切性质,在近150年来一直是个未解之谜。一个国际科研团队在日前出版的《自然·通讯》杂志上首次公布了测量光动量的新技术,这项突破不仅有助于揭示这一谜团,也可能为太空旅行带来革命性突破。

德国著名天文学家、数学家约翰内斯·开普勒于1619年首次提出,来自太阳光的压力可能决定了彗星的尾巴总是指向远离太阳的方向。1873年,詹姆斯·克拉克·麦克斯韦尔预测,辐射压力是由光的电磁场中的动量产生的。动量是与物体的质量和速度相关的物理量,指运动物体的作用效果。

最新研究合作者、加拿大不列颠哥伦比亚大学奥卡纳甘校区工程学教授肯尼思·周(音译)说:“我们之前一直没有确定这种动量是如何转化为力或运动的。因为光携带的动量非常小,所以,我们没有足够灵敏的设备来解决这一问题。”

在新研究中,他和来自斯洛文尼亚和巴西的科学家设计了一种新装置,来测量光子之间微弱的相互作用。

他们制作了一面配备声学传感器和隔热层(能将干扰和背景噪音降至最低)的镜子。然后,朝镜子发射激光脉冲,并使用声学传感器来探测激光穿过镜子表面时产生的弹性波,“就像观察池塘里的涟漪”。

肯尼思·周说:“我们不能直接测量光子的动量,因此另辟蹊径:通过‘聆听’穿过镜子的弹性波来探测它们对镜子的影响。我们能借由这些波的特征追踪到光脉冲本身的动量,这为最终界定和模拟光动量如何存在于物质内部打开了大门。”

研究人员说,新发现有助于他们进一步了解光的基本特性。此外,对辐射压力的理解也可以应用于诸多领域。

肯尼思·周说:“想象一下乘坐由太阳帆驱动的星际游艇前往遥远的星球;或在地球上研发可组装微型机器的光学镊子。目前,我们还没有走到那一步,但新发现是重要的一步。”(刘霞)

(责编:赵清(实习生)、熊旭)

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