你或許曾在視頻網(wǎng)站上看到過這樣的視頻：將葡萄切成兩半，僅保留一小段果皮相連，然后放入微波爐中，就會(huì)產(chǎn)生火花和等離子體的壯觀景象。

近期發(fā)表在《應(yīng)用物理評(píng)論》期刊上的一項(xiàng)研究揭示，葡萄的這種奇特特性或許有助于開發(fā)更高效的量子傳感器，從而推動(dòng)量子技術(shù)的進(jìn)步。

從奇觀到科學(xué)

事實(shí)上，這種令人驚奇的現(xiàn)象最早可以追溯到1994年。當(dāng)時(shí)，人們首次在微波爐中觀察到兩片在空間分離的葡萄之間出現(xiàn)了火花。自那之后，葡萄就成為了一個(gè)有趣的物理問題的核心角色。

過去的研究認(rèn)為，將兩顆葡萄放入微波爐中之所以會(huì)產(chǎn)生等離子體，是因?yàn)橛捎谄咸殉叽巛^小，以至于微波在葡萄組織中高度集中，導(dǎo)致一些分子被撕裂，產(chǎn)生帶電離子。一開始，形成的電磁場(chǎng)使離子通過連接的表皮從一半的葡萄流向另一半——這就是最初產(chǎn)生火花時(shí)發(fā)生的情況。最終，離子也開始穿過周圍的空氣，使空氣電離，產(chǎn)生熾熱的等離子體羽流。

然而，2019年的一項(xiàng)研究指出，這種解釋并不全面。真正的原因是，葡萄形成了特定的電磁“熱點(diǎn)”：葡萄具有適當(dāng)?shù)恼凵渎屎统叽纾蛊淠軌颉安东@”微波。所以當(dāng)兩個(gè)葡萄靠近放置時(shí)，它們之間就會(huì)形成一個(gè)強(qiáng)烈的熱點(diǎn)，從而引發(fā)等離子體的產(chǎn)生。

葡萄與量子傳感

早期研究主要關(guān)注葡萄引發(fā)等離子體效應(yīng)中的電場(chǎng)，而最新研究則將焦點(diǎn)轉(zhuǎn)向了對(duì)量子應(yīng)用至關(guān)重要的磁場(chǎng)效應(yīng)。

在實(shí)驗(yàn)中，研究人員利用含有氮-空位中心的納米金剛石作為量子傳感器。這些氮-空位中心是金剛石晶格中的微小缺陷，它們的行為就像是微型磁鐵，能夠靈敏地檢測(cè)磁場(chǎng)變化。

研究人員將這種納米金剛石安裝在一根細(xì)玻璃纖維的尖端，并置于兩顆葡萄之間。他們將綠色激光穿過玻璃纖維，使納米金剛石中的氮-空位中心發(fā)出紅光。通過測(cè)量紅色熒光的亮度，科學(xué)家能夠精確探測(cè)葡萄周圍微波場(chǎng)的強(qiáng)度。

恰到好處的尺寸

實(shí)驗(yàn)表明，有葡萄的磁場(chǎng)強(qiáng)度是沒有葡萄的磁場(chǎng)強(qiáng)度的兩倍。更為重要的是，研究人員發(fā)現(xiàn)，葡萄的尺寸和形狀對(duì)結(jié)果起到了決定性作用。長度約為27毫米的葡萄最適合在所需頻率下集中微波能量。這種尺寸不僅能夠有效增強(qiáng)微波場(chǎng)的磁場(chǎng)分量，還為量子傳感器提供了更強(qiáng)的信號(hào)。

通常，量子傳感設(shè)備會(huì)使用藍(lán)寶石來集中微波能量。然而，研究團(tuán)隊(duì)提出，水在這一過程中可能表現(xiàn)得更優(yōu)越。葡萄主要由水組成，其獨(dú)特的電磁特性使其成為理想的研究對(duì)象。不過，水的穩(wěn)定性較差，能量損失較大，這也是研究人員面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)。

未來的研究

目前，研究團(tuán)隊(duì)正在探索開發(fā)更穩(wěn)定的材料，以充分利用水的特性，來推動(dòng)更高效的量子傳感設(shè)備的發(fā)展。這一發(fā)現(xiàn)展示了日常水果在尖端科學(xué)研究中的潛力，也為科學(xué)家們深入理解電磁特性提供了新視角。

總而言之，這項(xiàng)研究不僅揭示了葡萄在微波場(chǎng)中的奇特電磁特性，還為量子傳感技術(shù)的發(fā)展提供了新的思路。從日常生活中的簡(jiǎn)單現(xiàn)象到科學(xué)探索中的重大突破，這正是自然的奇妙之處。

#創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)：

編譯：小雨

排版：雯雯

#參考來源：

https://www.eurekalert.org/news-releases/1069049

https://arstechnica.com/science/2024/12/could-microwaved-grapes-be-used-for-quantum-sensing/

https://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.22.064078

#圖片來源：

封面圖&首圖：Fawaz, Nair, Volz