在探索现代物理学的最深奥领域之一——引力是否为量子力的问题时，科学家们面临了一项长期未解的难题。尽管电磁力、弱核力和强核力都已被量子理论成功描述，但引力却始终游离于这一框架之外。然而，麻省理工学院（MIT）的一项最新研究为这一谜题带来了新的曙光。
长久以来，理论物理学家围绕“引力是否具有量子特性”展开了激烈的争论，提出了从引力作为经典力到引力完全是量子力的多种假设，但这些观点一直缺乏实验证据的支持。MIT机械工程系的博士研究生申东哲指出，问题的关键在于缺乏一种有效的方法在实验室中测试引力的量子特性。为了填补这一空白，申东哲及其团队致力于开发一种既足够大以感受引力，又足够量子化的机械系统。
在这项突破性的研究中，申东哲团队利用激光冷却技术，成功地将一个厘米级的扭转振荡器冷却至接近绝对零度。这一成就不仅为探索引力的量子特性开辟了新的实验途径，也为未来的技术发展奠定了坚实的基础。他们的研究成果发表在《光学》杂志上，题为《厘米级扭转振荡器的主动激光冷却》，详细阐述了这种冷却技术如何助力揭示引力是否遵循量子规则。
激光冷却技术自20世纪80年代以来已被广泛应用于冷却原子气体，近年来也逐渐扩展到纳米尺度的机械系统控制。然而，将这一技术应用于扭转振荡器尚属首次。扭转振荡器自1798年亨利·卡文迪什的实验以来，在引力研究中一直占据重要地位，被用于测量牛顿万有引力常数、验证平方反比定律以及探索新的引力现象。
在实验过程中，研究人员采用了一种带有反射镜的光学杠杆技术，通过激光照射反射镜并放大其微小倾斜，实现了对扭转振荡器运动的精确测量。然而，激光束本身可能因各种因素产生抖动，干扰测量结果。为了解决这一问题，团队采用了双激光束方案，一束与扭转振荡器相互作用，另一束则反射自一个角锥反射镜，用于抵消抖动。当两束光在探测器上合并时，振子的真实信号得以保留，而虚假信号则被消除。
通过这种创新方法，研究人员成功地将噪声降低了千倍，实现了对运动的极高精度检测，精度几乎超出了振子自身的量子零点涨落。申东哲表示，这种灵敏度使他们能够将系统冷却至仅10毫开尔文。尽管他们已经实现了低于振子零点运动的量子极限精度，但达到实际的量子基态仍是他们的下一个目标。为了实现这一目标，他们计划进一步增强光学相互作用，如使用光学腔或光学捕获策略来放大角信号。
申东哲强调，这项研究不仅需要对物理学有深入的理解，还需要在系统设计、纳米制造、光学、控制和电子学等领域具备丰富的实践经验。他的机械工程背景使他能够跨越这些领域，从理论和实践两个方面对物理系统进行研究，为解决这一挑战做出了重要贡献。
