科学家探测到独立的原子碰撞事件

大气会对人体产生压力，是因为无数空气分子不断撞击皮肤，形成了持续的作用力。如今，物理学家通过探测气体中的单个原子撞击悬浮在激光中的微小玻璃球（纳米颗粒），观测到这一过程。这项技术即将发表于《物理评论快报》，有望建立全新的压力定义标准、拓展量子理论的研究边界，还能助力科学家搜寻新粒子。

“这是一篇非常出色的论文。”奥地利维也纳大学的Markus Aspelmeyer评价，“这项技术十分精妙，证明了这些被俘获的纳米球具备极高的传感潜力。”

一个悬浮的纳米颗粒反射光线，呈现为一个白点。图片来源：Thomas Penny/Yale Wright Lab

1827年，英国植物学家Robert Brown在显微镜下观察发现，悬浮在水中的花粉颗粒会永不停歇地做无规则晃动。近百年之后，著名物理学家爱因斯坦解释说，这种“布朗运动”源于水分子不断撞击花粉颗粒。他推导得出颗粒的平均运动与其尺寸、流体黏度及温度之间的关系，将经典热力学与当时新兴的统计力学理论联系到一起。不过，爱因斯坦并未探讨颗粒与水分子之间的单次碰撞过程。

如今，美国耶鲁大学的David Moore及团队通过将一颗直径100纳米的二氧化硅小球置于极稀薄气体环境中，观测到这种独立的碰撞事件。小球悬浮在真空腔体内的激光束中，像弹簧上的小球一样来回晃动。小球还会反射部分激光，反射光的波形会随小球位置发生改变。研究人员借助干涉测量这一精度极高的技术对比了入射光与反射光，进而追踪小球的运动状态。