光动量：研究人员用一束光照亮了150年前的谜团

▲英属哥伦比亚大学欧肯那根校区工程学教授Kenneth Chau

光具有动量的理论并不新鲜，但光如何与物质相互作用的确切机理在近150年里一直是个谜。8月21日，英属哥伦比亚大学（UBC）欧肯那根校区研究人员发表在《自然通讯》杂志上的一项最新研究揭示了光动量秘密的关键。

1619年，德国著名的天文学家和数学家开普勒（Johannes Kepler）首次提出，彗星尾巴总是指向并远离太阳的原因可能是受到了来自阳光的压力。直到1873年麦克斯韦（James Clerk Maxwell）才预测这种辐射压力是由于光电磁场内部产生的动量。

“到目前为止，我们还没有确定这种动量是如何转化为力或运动的。因为光携带的动量很小，我们还没有足够灵敏的设备来解决这个问题。”文章作者之一、UBC工程学教授Kenneth Chau说。现在，Chau带领他的国际研究小组正在一步步揭开这个谜团。

为了测量光子之间极其微弱的相互作用，研究小组建造了一个装有声学传感器和热屏蔽的特殊镜子，并将噪声控制在最低限度。之后，他们向镜子发射了激光脉冲，并利用声音传感器对在镜子表面移动的弹性波进行探测，就像观察池塘里的涟漪一样。

Chau 解释道：“我们不能直接测量光子动量，所以我们的方法是通过‘听’穿过光子的弹性波来检测动量对镜子的影响。我们能将这些波的特征追溯到光脉冲本身的动量，这就为最终定义和模拟光动量是如何存在于材料内部开辟了路径。” 

这一发现对于增进我们对光的基本了解很重要，但Chau也指出了辐射压力的实际应用。“想象一下乘坐由太阳帆驱动的星际游艇前往遥远恒星的情景。或者，开发能够组装微型机器的光镊。虽然还没到那一步，但这项工作的发现是重要的开始，我很期待看到它将把我们带到未来。”

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  编译：Coke 审稿：alone  责编：张梦   

期刊来源：《自然通讯》

期刊编号：2041-1723

原文链接：https://www.sciencedaily.com/releases/2018/08/180821094205.htm

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