Наночастицы раскрутили до рекордных скоростей

Физики смогли заставить наночастицу вращаться с рекордной скоростью — свыше миллиарда оборотов в секунду. Центробежные силы при таком быстром движении настолько велики, что практически разрывают тело на части, благодаря чему в подобных опытах можно испытывать прочность твердых тел при экстремальных нагрузках. Результат работы ученых можно будет применять и во время экспериментов по исследованию взаимодействия с квантовым вакуумом. Две статьи с результатами исследования (1, 2) опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Перемещением небольшой частицы можно управлять при помощи достаточно интенсивного света. Современные лазеры позволяют достигать высокого уровня контроля над движением тел и даже небольших механических систем. В частности, вращающееся электрическое поле, которое создает поляризованный по кругу свет, может заставлять разные тела вращаться. Экстремально быстрое движение позволяет изучить их прочность на микроскопическом уровне, а также трудное для регистрации квантовое вращательно трение, связанное с наличием в вакууме виртуальных частиц.

В обеих новых работах физики помещали частицы из кремнезема в вакуумные камеры и удерживали их оптическими пинцетами. Первая группа — из Швейцарии — работала с частицами размером около 100 нанометров, вторая — из США — работала с несимметричной частицей в виде гантели размером 170 на 320 нанометров. Такая форма позволяет изучить феномен кручения Казимира, то есть специфическое трение вращающихся тел, связанное с виртуальными частицами квантового вакуума. На данный момент точность измерения этого эффекта не дотягивает до 10%.

В своих экспериментах ученые использовали лазеры с большой длиной волны. Такое излучение меньше нагревает частицу, благодаря чему она остается в захвате оптического пинцета. В результате были достигнуты рекордные скорости вращения свыше миллиарда оборотов в секунду. Для сравнения: турбины реактивных истребителей работают при скоростях менее тысячи оборотов в секунду.

Авторы изначально не ставили перед собой практических целей. «Если честно, то это было просто суперкруто — получить прямо перед собой самый быстровращающийся предмет в мире», — сказал соавтор Рене Риман из Швейцарской высшей технической школы в Цюрихе. Авторы надеются, что использование еще меньших по размеру частиц, которые могут выдерживать еще большие скорости, позволит увеличить точность экспериментов.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.