上海交大教授发明“光秤” 能称出单个质子重量

天平对我们来说很熟悉。然而，你听说过“轻秤”吗？上海交通大学的朱卡教授发明了这样一种秤来“称量”原子和质子等微观粒子。它用全光学方法取代了传统的电学测量，被美国物理学会认为“有望将纳米科学引入一个全新的测量领域”。

朱卡教授告诉记者，随着量子信息和量子测量技术的飞速发展，探索量子奇异世界已经成为各国研究者不懈的追求。在量子光学和纳米材料的基础上，他和他所指导的李金金博士在世界上首次提出了一种纳米光学质谱仪，或称“光秤”，它可以对生物DNA分子的质量、染色体的质量和中性原子的质量进行无损和高精度的光学测量。

现有的测量方法不能精确到单个原子的测量，而只能用一堆原子作为测量单位来反复测量然后估计原子的质量。那么如何用“光的尺度”来测量原子的质量呢？Jukka教授说，通过将待测原子置于碳纳米管表面，然后同时用两束光强不同的光照射碳纳米管，并在此时检测弱光的吸收光谱，可以准确获得碳纳米管的振动频率。我们需要对碳纳米管的振动频率进行两次测量，以获得原子加入前后碳纳米管振动频率的变化，通过计算可以得到单个原子落在碳纳米管表面的质量。“事实上，物理学中没有新的方面或原理，但以前从来没有人考虑过这样的计划。”

根据朱卡教授的估计，全光学控制的“光刻度”的灵敏度和准确度比传统的电子质谱仪高近三个数量级。

对单个中性原子测量的研究已经结束。目前，朱卡教授的团队正在研究通过“光束”测量单个质子或中子。他们还希望将“光的尺度”应用于生物DNA分子的研究。据报道，传统癌性DNA分子的质量不应该与正常DNA分子的质量完全相同。使用高精度的“轻秤”进行称重，可以更早、更准确地检测出癌细胞。