巴塞爾大學的研究人員開發出一種新技術，僅用激光就能成功地將小膜冷卻到接近絕對零度的溫度。例如，這種極度冷卻的薄膜可應用於高靈敏度傳感器。幾個世紀前，確切地說是大約400 年前，著名的德國天文學家約翰內斯-開普勒（Johannes Kepler）設想了太陽帆的概念，他認為這些風帆可以推動船隻穿越宇宙。

開普勒的理論認為，光被物體反射時會產生一種力。這一觀點也為彗尾總是指向遠離太陽的現象提供了解釋。

在巴塞爾實驗中，一束激光照射到薄膜上（中間正方形）。通過光纖電纜（紫色）延遲反射的激光，薄膜被冷卻到絕對零度的千分之一以下。資料來源：巴塞爾大學物理系

如今，科學家們利用光的作用力來減緩原子和其他粒子的速度並使其冷卻。通常情況下，要做到這一點需要一個複雜的儀器。現在，由Philipp Treutlein 教授和Patrick Potts 教授領導的巴塞爾大學研究小組只用激光就成功地將一層薄薄的膜冷卻到接近絕對零度零下273.15 攝氏度。他們最近在科學雜誌《物理評論X》上發表了他們的研究成果。

研究論文的第一作者、物理學家、博士生瑪麗斯-恩澤（Maryse Ernzer）說：”我們的方法之所以特別，是因為我們不需要進行任何測量就能實現這種冷卻效果。根據量子力學定律，測量（通常是反饋迴路的要求）會導致量子狀態的改變，從而產生干擾。”

為了避免這種情況，巴塞爾的科學家們開發了一種所謂的相干反饋迴路，其中激光既是傳感器，又是阻尼器。通過這種方式，他們抑制並冷卻了由硝酸矽製成的薄膜的熱振動，該薄膜的大小約為半毫米。

在實驗中，研究人員將一束激光照射到薄膜上，並將薄膜反射的光線輸入光纜。在此過程中，膜的振動導致反射光的振盪相位發生微小變化。然後，利用振盪相位中包含的膜瞬時運動狀態信息，加上時間延遲，在適當的時刻用同樣的激光對膜施加適當的力。

恩澤解釋說：”這有點像在適當的時候用腳短暫接觸地面，從而減緩鞦韆的速度。為了實現約100 納秒的最佳延遲，研究人員使用了一條30 米長的光纖電纜。”

“波茨教授和他的合作者對這項新技術進行了理論描述，併計算出了我們有望達到最低溫度的設置；實驗證實了這一點”，作為博士後參與這項研究的馬內爾-博斯奇-阿奎萊拉博士說。他和他的同事能夠將膜冷卻到480 微開爾文–比絕對零度高出不到千分之一。

下一步，研究人員希望改進他們的實驗，使膜達到可能的最低溫度–即膜振蕩的量子力學基態。在此之後還能創造出所謂的膜擠壓態。這種狀態對製造傳感器特別有意義，因為它們可以實現更高的測量精度。這種傳感器的可能應用包括原子力顯微鏡，用於以納米分辨率掃描表面。