利用光镊探测 Casimir 力

我们提议使用光镊探测液态介质中微球之间的 Casimir 相互作用，其几何长宽比远超广泛采用的近距离力近似（proximity force approximation）的适用范围。该装置有望揭示与球面曲率非平凡作用相关的前所未有的特征。作为概念验证，我们利用刚度量级为几分之一 fN/nm 的极软光镊，测量了聚苯乙烯微球在 $400$ nm 以上距离处的飞牛顿双电层力。作为未来应用，我们提议通过改变盐浓度，调节盐溶液中金属微球与聚苯乙烯微球之间的 Casimir 相互作用，使其从吸引力转变为排斥力。对于这些材料，屏蔽后的 Casimir 相互作用可能具有比未屏蔽时更大的量级。这一研究方向有望将经典与量子光学、统计物理学和胶体科学等不同领域结合起来，同时为光镊在细胞与分子生物学中的新型定量应用铺平道路。