四川
光会推动物体，这件事物理学家早就知道了。但光能让纳米级别的物体向侧面扭转，而且驱动这个扭转的，是一种此前从未在实验中被直接捕捉到的光学性质，这是新鲜事。
2026年4月，北海道大学田中义人团队在顶级期刊《自然·物理学》发表研究，首次在实验层面观测到了"横向光学扭矩"现象，并发现其背后的关键机制不是光的角动量，而是一种叫做"光学螺旋性"的性质，描述的是光电磁场本身的扭曲程度，或者说"手性"。
这个发现，重新打开了人类对光与物质相互作用的理解边界。
故事要从150年前说起。1873年，物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦在理论上预言：光携带动量，可以对物体施加压力。这个想法在当时几乎像科幻小说，因为光压小到几乎无法察觉。
真正把这个理论变成实用工具的，是阿瑟·阿什金。1970年代，他发明了光镊技术，用高度聚焦的激光束来捕获和移动极其微小的粒子，精度达到细胞乃至分子量级。这项发明在2018年为他赢得了诺贝尔物理学奖。
但光镊有一个根本性的局限：它只能测量物体绕单一轴方向的旋转，无法提供完整的三维力学信息。而在纳米尺度上，热运动带来的随机噪声会淹没光力的细微信号，使得精确测量变得极度困难。
田中团队解决这个问题的方式，相当有创意。
一架“微型无人机”中心搭载着一个纳米结构，四束激光束用于捕获和控制该平台。
他们设计了一种叫"微型无人机"的测量平台。这个十字形的微型装置，中心搭载着待测的纳米结构，四束激光从边缘同时夹持和稳定整个平台。当光作用于中心的纳米结构时，平台本身会发生位移和旋转，研究人员通过追踪平台的运动，反推出作用于纳米结构的力。
这个思路的妙处在于：平台的运动幅度远大于纳米结构本身，相当于给微弱的纳米级力装了一个放大器，让此前难以测量的力学信息变得清晰可读。
"我们开发的这种新型测量平台，首次实现了对作用于纳米结构的光力和扭矩进行完整的三维表征，"田中说。
有了这套工具，研究团队开始测试真实的纳米结构。他们选择了形状像字母"V"的微小金结构，把它置于微型无人机中心，然后用光照射。
结果出现了一个没人预料到的现象：这些纳米结构没有沿着光传播的方向旋转，而是向侧面扭转了，这就是所谓的"横向光学扭矩"。
更令人意外的是背后的原因。根据此前的理论框架，这类旋转行为应该来源于光的角动量，这是光学中一个已经被研究了很长时间的基本概念。但田中团队设计了一系列精巧的对照实验，在保持光学螺旋性不变的同时去除角动量，结果发现，侧向旋转依然照常发生。
这意味着，角动量不是这里的主角。驱动横向扭矩的，是光的螺旋性，即光电磁场的"扭曲方向"，一种描述光手性的物理量。
光学螺旋性并不是新概念，它早已存在于理论框架中，但在纳米力学实验中直接观察到它的效应，这是第一次。
田中说："我们观察到了一种以前从未在实验中观察到的现象：纳米尺度上的横向光学扭矩。"
这项发现的意义，不仅仅是填补了一个实验空白。它实质上表明，人类对光与物质相互作用的描述体系，在纳米尺度上还存在盲区，而光学螺旋性这个维度，很可能被低估了。
在应用层面，这项研究为光驱动纳米机器开辟了新的控制维度。传统的光镊和光力操控，依赖的是推、拉、旋等基本操作，而横向扭矩提供了一种全新的运动模式，可以在极小的空间里实现更精细的机械控制。
对于纳米传感器和纳米制造领域而言，能够在三维空间中精确操控纳米结构的旋转方向，意味着更高的操控自由度和更精密的功能实现可能性。
田中将这套平台的潜力，类比为光镊技术当年对单分子生物物理学的开创性贡献："正如光镊技术开辟了单分子生物物理学的新领域一样，我们希望这个平台能够帮助我们探索此前难以触及的纳米尺度力学现象。"
麦克斯韦在150年前说，光是有力量的。物理学家们花了一个半世纪，还在持续发现这句话到底有多真。
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