在极端真空中被激光捕获的玻璃纳米粒子被认为是探索量子世界极限的有前途的平台。自从量子理论出现以来，“一个物体在多大时开始由量子物理定律而不是经典物理规则来描述?”这个问题。一直没有得到答复。

LukasNovotny(苏黎世)、MarkusAspelmeyer(维也纳)、OriolRomero-Isart(因斯布鲁克)和RomainQuidant(苏黎世)正试图在ERC-Synergy项目Q-Xtreme中准确回答这个问题。实现这一目标的关键一步是尽可能减少纳米粒子运动中储存的能量，即将粒子冷却至所谓的量子基态。

控制运动的所有维度

Q-Xtreme团队长期以来一直致力于纳米粒子的基态冷却。在因斯布鲁克大学的Gonzalez-Ballestero博士和Romero-Isart教授的理论计算的支持下，苏黎世和维也纳的几项实验首次证明了纳米粒子的这种基态冷却，或者通过抑制粒子使用电子控制(主动反馈)或将粒子放置在两个镜子之间(基于腔的冷却)进行运动。到目前为止，在实验中，仅沿粒子运动的三个方向之一实现了基态，而使沿其他两个方向的运动“热”。

“沿多个方向实现基态冷却是探索新量子物理学的关键，”奥地利科学院量子光学和量子信息研究所和因斯布鲁克大学理论物理系的Gonzalez-Ballestero说.“但到目前为止，这一成就仍然难以捉摸，因为要使粒子所在的镜子与沿三个方向中的一些方向的运动有效地相互作用是一项挑战。”所谓的“暗模式效应”阻止冷却到完全基态。

以不同的频率朝向目标

现在，苏黎世联邦理工学院光子学实验室的研究首次成功实现了纳米粒子沿两个运动方向的基态冷却。一个玻璃球，大约比一粒沙粒小一千倍，在高真空中与周围环境完全隔离，并由强烈聚焦的激光束保持，同时冷却到接近绝对零。

根据因斯布鲁克团队的理论预测，瑞士物理学家能够绕过暗态问题。“为此，我们设计了粒子在两个不同方向上振荡的频率，并仔细调整了激光的偏振，”苏黎世联邦理工学院的LukasNovotny说。

这项发表在《自然物理学》(NaturePhysics)上的工作表明，可以在三个运动方向上达到最低能量状态。它还允许在两个方向上创建脆弱的量子态，可用于创建超灵敏陀螺仪和传感器。