在探索現代物理學的最深奧領域之一——引力是否為量子力的問題時，科學家們面臨了一項長期未解的難題。盡管電磁力、弱核力和強核力都已被量子理論成功描述，但引力卻始終游離于這一框架之外。然而，麻省理工學院（MIT）的一項最新研究為這一謎題帶來了新的曙光。
長久以來，理論物理學家圍繞“引力是否具有量子特性”展開了激烈的爭論，提出了從引力作為經典力到引力完全是量子力的多種假設，但這些觀點一直缺乏實驗證據的支持。MIT機械工程系的博士研究生申東哲指出，問題的關鍵在于缺乏一種有效的方法在實驗室中測試引力的量子特性。為了填補這一空白，申東哲及其團隊致力于開發一種既足夠大以感受引力，又足夠量子化的機械系統。
在這項突破性的研究中，申東哲團隊利用激光冷卻技術，成功地將一個厘米級的扭轉振蕩器冷卻至接近絕對零度。這一成就不僅為探索引力的量子特性開辟了新的實驗途徑，也為未來的技術發展奠定了堅實的基礎。他們的研究成果發表在《光學》雜志上，題為《厘米級扭轉振蕩器的主動激光冷卻》，詳細闡述了這種冷卻技術如何助力揭示引力是否遵循量子規則。
激光冷卻技術自20世紀80年代以來已被廣泛應用于冷卻原子氣體，近年來也逐漸擴展到納米尺度的機械系統控制。然而，將這一技術應用于扭轉振蕩器尚屬首次。扭轉振蕩器自1798年亨利·卡文迪什的實驗以來，在引力研究中一直占據重要地位，被用于測量牛頓萬有引力常數、驗證平方反比定律以及探索新的引力現象。
在實驗過程中，研究人員采用了一種帶有反射鏡的光學杠桿技術，通過激光照射反射鏡并放大其微小傾斜，實現了對扭轉振蕩器運動的精確測量。然而，激光束本身可能因各種因素產生抖動，干擾測量結果。為了解決這一問題，團隊采用了雙激光束方案，一束與扭轉振蕩器相互作用，另一束則反射自一個角錐反射鏡，用于抵消抖動。當兩束光在探測器上合并時，振子的真實信號得以保留，而虛假信號則被消除。
通過這種創新方法，研究人員成功地將噪聲降低了千倍，實現了對運動的極高精度檢測，精度幾乎超出了振子自身的量子零點漲落。申東哲表示，這種靈敏度使他們能夠將系統冷卻至僅10毫開爾文。盡管他們已經實現了低于振子零點運動的量子極限精度，但達到實際的量子基態仍是他們的下一個目標。為了實現這一目標，他們計劃進一步增強光學相互作用，如使用光學腔或光學捕獲策略來放大角信號。
申東哲強調，這項研究不僅需要對物理學有深入的理解，還需要在系統設計、納米制造、光學、控制和電子學等領域具備豐富的實踐經驗。他的機械工程背景使他能夠跨越這些領域，從理論和實踐兩個方面對物理系統進行研究，為解決這一挑戰做出了重要貢獻。
