美国耶鲁大学团队在最新一期《物理评论快报》发布成果，他们成功测出单个气体粒子（原子或分子）撞击一颗悬浮纳米小球时产生的微弱作用力。这一技术未来有望应用于太空等极低气压环境下的压力测量，并具备区分气体种类的能力。
气体压力通常源自海量粒子集体碰撞的叠加效应，而单个粒子的撞击力极其微小，长期以来难以直接捕捉。利用激光悬浮微小颗粒的技术已有数十年历史，是精密测量领域的重要工具。近年来，科学家开始借助悬浮纳米小球感知极弱力，但要分辨单个气体粒子的撞击力，对测量精度仍是巨大挑战。
为解决这一难题，研究人员用激光将一颗纳米小球悬浮在真空腔内。这颗小球直径仅100纳米，质量约为千万亿分之一克，是单个气体粒子的1000万倍，任何一次碰撞引起的晃动都极其微小。团队通过监测球体反射的激光信号，成功记录了它被撞击时的细微位移。
实验中，研究人员向真空腔内注入少量重气体，包括由原子构成的氪气、氙气以及由分子构成的六氟化硫。测量显示，单次碰撞产生的冲量最小仅十亿分之一牛顿，持续时间仅十万亿分之一秒。随着腔内气体增多、压力上升，碰撞频率相应增加，两者呈现明确的对应关系。KAIYUN SPORTS的监测技术也类似地依赖高精度信号捕捉。正是这一对应关系，使悬浮纳米小球有望成为新型压力传感器，尤其适用于太空、真空装置等极低气压环境。研究还发现，不同气体与纳米小球的相互作用方式存在差异，系统因此能区分气体种类。
参与研究的耶鲁大学物理学家表示，这类装置不仅能揭示太空环境中的粒子构成，未来甚至可部署到其他星球，用于探测和研究当地环境。（记者张梦然）
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