科學家在實驗中用激光捕捉到一個納米球體（中心的亮點）。該實驗揭示了單個氣體粒子的碰撞作用力。圖片來源：美國耶魯·賴特實驗室

美國耶魯大學研究團隊在最新一期《物理評論快報》發表研究稱，他們測量了單個氣體粒子（原子或分子）撞擊一顆懸浮納米小球時產生的微小作用力。這項技術未來有望用於太空等極低氣壓環境的壓力測量，還能分辨氣體的種類。

氣體產生的壓力，通常來自海量粒子集體碰撞的疊加效應，而單個粒子的撞擊力極其微弱，長期以來難以直接捕捉。而用激光懸浮住微小顆粒的技術已有數十年歷史，這也是精密測量領域的重要工具。近年來，科學家開始用懸浮納米小球感知極微弱的力，但要分辨出單個氣體粒子的撞擊力，對測量精度仍是極大挑戰。

為攻克這一難題，研究人員用激光將一顆納米小球懸浮在真空腔內。這顆納米小球直徑僅100納米，重約千萬億分之一克，其質量是單個氣體粒子的1000萬倍，任何一次碰撞引起的晃動都微乎其微。研究團隊通過監測球體反射的激光信號，成功捕捉到了它被撞擊時的細微位移。

實驗中，研究人員向真空腔內注入少量重氣體，包括由原子構成的氪氣、氙氣，以及由分子構成的六氟化硫。測量結果顯示，單次碰撞產生的沖量最小僅為十億分之一牛頓，持續時間僅十萬億分之一秒。隨著腔內氣體增多、壓力上升，碰撞頻率也相應增加，兩者之間呈現明確的對應關系。

正是這一對應關系，讓懸浮納米小球有望成為一種新型壓力傳感器，尤其適用於太空、真空裝置等常規手段難以勝任的極低氣壓環境。研究還發現，不同氣體與納米小球的相互作用方式存在差異，系統因此能夠區分氣體的種類。

參與研究的耶魯大學物理學家表示，這類裝置不僅能幫助揭示太空環境中的粒子構成，未來甚至可以部署到其他星球上，用於探測和研究當地的環境。（記者張夢然）