秤是我們熟悉的用品。然而，您聽說過“光秤”嗎？上海交通大學(xué)朱卡的教授就發(fā)明了這樣一個(gè)為原子和質(zhì)子等微觀粒子“稱重”的秤。它用全光學(xué)的方法代替了傳統(tǒng)的電學(xué)測量，被美國物理學(xué)會(huì)認(rèn)為“有望帶領(lǐng)納米科學(xué)進(jìn)入一個(gè)嶄新的測量領(lǐng)域。”
朱卡的教授告訴記者，在量子信息和量子測量技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，對量子奇異世界的探索已成為各國研究學(xué)者的不懈追求。他和他所指導(dǎo)的李金金博士以量子光學(xué)和納米材料為研究基礎(chǔ)，在國際上首次提出了納米光學(xué)質(zhì)譜儀，也就是“光秤”，可以對生物DNA分子的質(zhì)量、染色體的質(zhì)量以及中性原子的質(zhì)量進(jìn)行無損高精度的光學(xué)測量。
現(xiàn)有的測量方法無法精確到單個(gè)原子的測量，而只能用一堆原子作為測量單位進(jìn)行反復(fù)測量，然后再進(jìn)行估算原子的質(zhì)量。那么怎樣用“光秤”來測出一個(gè)原子的質(zhì)量？朱卡的教授介紹，把待測原子放在一個(gè)碳納米管表面，然后用兩束強(qiáng)弱不同的光同時(shí)照在碳納米管上，此時(shí)探測弱光的吸收譜，就可以精確得到碳納米管的振動(dòng)頻率。我們要先后兩次測量碳納米管的振動(dòng)頻率，得到放入原子前后碳納米管的振動(dòng)頻率的變化量，通過計(jì)算就能得到落入碳納米管表面的單個(gè)原子的質(zhì)量。“其實(shí)這里并沒有包含物理學(xué)上的什么新方面或新原理，但以前卻從來沒有人考慮過這樣一個(gè)方案。”
據(jù)朱卡的教授估算，通過全光控制的“光秤”，其靈敏度和精確度比傳統(tǒng)的電學(xué)質(zhì)譜儀高出了將近三個(gè)數(shù)量級。
對單個(gè)中性原子的測量研究已告一段落，目前朱卡的教授團(tuán)隊(duì)正在研究通過“光枰”來對單個(gè)質(zhì)子或中子進(jìn)行測量。他們還希望把“光秤”應(yīng)用到生物DNA分子的研究中去。據(jù)介紹，傳統(tǒng)的癌變DNA分子的質(zhì)量應(yīng)與正常的DNA分子是不完全一樣的，利用高精度“光枰”稱重，或許可以更早更準(zhǔn)地檢測到癌細(xì)胞的存在。