Левитирующие алмазные наночастицы позволили ученым измерить величину торсионных колебаний и проверить основные принципы квантовой теории - «Наука и технологии»

Исследователи из университета Пурду (Purdue University) при помощи луча лазерного света заставили левитировать крошечные алмазные наночастицы внутри вакуумной камеры. Эти наночастицы, размер которых составляет порядка 100 нанометров, что сопоставимо с размерами вирусов, представляют собой элемент чрезвычайно чувствительного датчика. И при помощи этого датчика ученым впервые в истории удалось измерить значение так называемых "торсионных колебаний", которые являются отражением некоторых явлений из области квантовой механики.

По сути, данный эксперимент является наноразмерным повторением эксперимента 1798 года, выполненного британским ученым-физиком Генри Кавендишем (Henry Cavendish), нацеленным на измерение значения гравитационной постоянной. В своем эксперименте Кавендиш закрепил и уравновесил две свинцовые сферы на краях коромысла. Это коромысло было подвешено на длинном и тонком проводе, после чего к свинцовым сферам были подведены жестко закрепленные свинцовые сферы еще большего размера. Сила гравитационного притяжения больших сфер, действующая на малые сферы, заставила коромысло повернуться вокруг оси, скручивая провод. И по величине этого скручивания было вычислено значение гравитационных сил и постоянной.

В новом эксперименте наночастицы, имеющие продолговатую форму и поднятые при помощи луча лазерного света, служили аналогами коромысла эксперимента Кавендиша, а собственно луч лазера выступал в роли провода, на котором было подвешено коромысло. "Изменение ориентации нанокристалла алмаза вызывало изменение поляризации луча лазерного света" - рассказывает Тонгкэнг Ли (Tongcang Li), ученый из университета Пурду, - "Малые размеры нанокристалла, низкая температура и глубокий вакуум, при которых проводился данный эксперимент, позволили нам произвести измерения, точность которых во много раз превышает точность подобных измерений, сделанных ранее. И эта точность уже позволяет нам изучать и исследовать явления не только из области обычной физики, но и из области квантовой механики".

"Это является первым разом в истории науки, когда нам удалось наблюдать за торсионными (вращательными) движениями наночастицы, которая представляет собой высокочувствительный датчик" - рассказывает Тонгкэнг Ли, - "С его помощью мы можем измерять вращающий момент от движения единственного электрона или протона".

Возможности, предоставляемые новым нанокристаллическим датчиком, позволят ученым глубже вникнуть в причудливые особенности квантового мира, а с практической точки зрения, такие датчики могут стать основой технологий квантовых вычислений и основой датчиков, производящих сверхвысокоточные измерения более традиционных физических величин. Однако, для реализации всего вышеперечисленного потребуется дополнительное охлаждение нанокристалла алмаза для того, чтобы он перешел в так называемое "стандартное квантовое состояние", состояние, когда его движениям не буду мешать собственные тепловые шумы и прочие помехи.