量子噪音消失了？鏡子實驗改寫物理學

物理學家發現，將粒子置於半球形鏡子的中心時，量子噪音竟會神奇消失。這項突破性發現發生在光散射達到最大值時，可能徹底改變我們測量和控制量子系統的方式，未來可應用於量子感測器、太空任務，甚至挑戰物理學的極限。

英國斯旺西大學研究團隊在《物理評論研究》發表最新論文，揭示如何利用鏡子大幅降低困擾微小粒子的量子噪音。這聽起來像魔法，卻是紮實的量子物理現象。當科學家測量奈米粒子等極微小物體時，常面臨一個棘手難題：觀測行為本身就會干擾粒子。這是因為用於測量的光子（光的粒子）會「踢動」它們撞擊的微小粒子，這種效應被稱為「反作用」。

論文第一作者、博士生拉法爾·加耶夫斯基解釋：「我們的研究表明，當你創造出讓測量變得不可能的條件時，幹擾也會隨之消失。使用半球形鏡子並將粒子置於中心，我們發現在特定條件下，粒子會變得與其映象完全相同。這時你無法從散射光中提取位置資訊，同時量子反作用也消失了。」

這項突破具有多項令人振奮的應用潛力，特別是對MAQRO（宏觀量子共振器）等雄心勃勃的太空任務特別有價值。該任務旨在用比以往更大的物體來測試量子物理學。

指導研究的詹姆斯·貝特曼博士指出：「這項工作揭示了量子力學中資訊與幹擾之間的基本關係。最令人驚訝的是，反作用恰好是在光散射最大化時消失的——這與直覺預期的完全相反。透過設計量子物體周圍的環境，我們可以控制哪些資訊是可獲取的，從而控制它經歷的量子噪音。這為量子實驗開闢了新可能性，甚至可能實現更精密的測量。」

團隊正在進行實驗演示，並探索實際應用，這可能催生新一代量子感測器。這項研究屬於「懸浮光力學」這個快速發展的領域，該領域使用雷射在真空中懸浮和控制微小粒子。最近的實驗已能將粒子冷卻到最低可能的能量水平——量子基態，顯示科學家對這些系統的控制已達到驚人程度。

參考文獻：Rafał Gajewski和James Bateman，《利用反射邊界抑制懸浮光力學中的反作用》，2025年4月11日，《物理評論研究》。DOI: 10.1103/PhysRevResearch.7.023041

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