記者從中國科大獲悉，該校郭光燦院士團隊與合作者合作，基于真空光鑷系統(tǒng)實驗實現(xiàn)了高精度全光學的質量和位置測量。該研究成果日前發(fā)表在物理學知名期刊《物理學評論快報》上。

光學檢測已經(jīng)成為當前科學以及應用領域最精密的測量方法，如引力波的探測以及光鑷技術在生物中的操控和測量，都已經(jīng)獲得了諾貝爾物理學獎。真空光鑷技術就是通過在真空環(huán)境中光學懸浮微納顆粒，能最大程度隔絕環(huán)境噪聲對測量過程的干擾，進一步提高測量穩(wěn)定性和靈敏度，可實現(xiàn)力、質量等物理量的高精度測量。

在真空光鑷體系中，懸浮粒子的運動行為操控以及將測量信號轉換為實際位移的校準過程是其兩項核心技術。但是，運動行為操控的不完美以及信號校準的誤差將直接導致測量靈敏度和準確度的降低，在微納尺度下，粒子質量和外加力的測量是相當困難，且測量或估算誤差較大。

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

該工作成果為實現(xiàn)高可控性的真空光鑷體系打下了重要實驗基礎，為精密測量、微觀尺度熱力學以及光力相互作用等研究提供了重要實驗平臺?；谶@項高可控性的真空光鑷體系，還將可能實現(xiàn)宏觀量子疊加態(tài)，并進一步提高相關物理量的測量極限。