Самые быстро вращающиеся частицы на свете помогают ученым проверить пределы фундаментальной физики - «Наука и технологии»

Ученые из университета Пурду (Purdue University) создали систему из наночастиц, которые вращаются со скоростью порядка миллиарда оборотов в секунду, что является на сегодняшний день своего рода рекордом скорости механического вращения. И эти вращающиеся частицы используются для проверки теорий и изучения того, что лежит в самой основе пространственно-временного континуума.

Ранее, две независимые группы ученых занимались изучением того, как энергия света может использоваться для перемещения наночастиц. И эти исследования дали весьма неожиданные результаты, в экспериментах ученым удалось заставить частицы вращаться с невероятной скоростью. Это, в свою очередь, дало ученым в руки новый способ измерения даже самых слабых сил трения, которые возникают при движении частиц в квантовой среде пространственно-временного континуума.

"В квантовой физике существует понятие осцилляций вакуума, которые обусловлены появлением и мгновенным исчезновением неких виртуальных частиц" - рассказывает Тонгканг Ли (Tongcang Li), ученый из университета Пурду, - "Если наночастица движется с очень большой скоростью, то, возможно, на нее будут действовать слабые силы трения, создаваемые этими виртуальными частицами".

В своих экспериментах ученые использовали кварцевые наночастицы, размером около сотни нанометров, форма которых весьма напоминает форму крошечных гантелей. Такая форма, при условии вращения наночастицы, обеспечивает то, что при малейшем нарушении баланса становится возможным измерение очень слабых сил. Эти наночастицы были подняты в вакууме при помощи оптического пинцета, а после того, как их осветили циркулярным поляризованным светом (электрическое поле которого вращается с определенной частотой), крошечные наногантели начали вращаться с огромной скоростью, совершая за одну секунду один миллиард оборотов.

Вторая группа ученых, из Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе (Swiss Federal Institute of Technology, ETH Zurich), также работала с наночастицами из кварца. Однако, изначальная цель, которую преследовали швейцарские ученые, отличалась от цели американских ученых. "Мы занялись этим для того, чтобы узнать предел наших собственных возможностей" - рассказывает Рене Райнманн (Rene Reimann), ученый из ETH Zurich, - "И лишь тогда, когда мы получили высокую скорость вращения и измерили ее, мы задумались о практическом применении нашего открытия".

"Наночастицы могут вращаться со столь высокой скоростью из-за того, что в вакууме отсутствуют атомы воздуха, создающие трение" - рассказывает Рене Райнманн, - "Теоретически можно разогнать частицу до такой скорости, когда силы, удерживающие атомы, станут меньше центробежных сил, и частица прекратит свое существование, разлетевшись на отдельные атомы. Но для того, чтобы добраться до этого предела, нам сначала надо определить и изучить то, как поляризованный свет передает свой вращающий момент частице".

Как уже упоминалось выше, эксперименты с вращающимися наночастицами, проводимые американскими и швейцарскими учеными, позволяют определить и проверить пределы фундаментальной физики. Кроме этого, результаты таких экспериментов могут дать подсказку касательно природы некоторых загадочных сигналов, рождающихся где-то в глубинах Вселенной. А в ближайшем будущем ученые планируют проведение экспериментов при температуре, близкой к температуре абсолютного нуля, что позволит им исследовать природу квантовой составляющей вакуума.