Самый быстро вращающийся объект из когда-либо созданных может помочь обнаружить квантовое трение в вакууме.
По словам ученых Тонгканга Ли (слева), Чонхуна Ан (справа), а также их коллег, новый датчик крутящего момента, в котором используется быстро вращающаяся наночастица, может обнаруживать самые крошечные силы.
Вращающаяся наночастица, подвешенная в лазерном луче в вакууме, может измерять незначительные скручивающие моменты, что делает ее самым чувствительным из всех созданных до сих пор детекторов крутящего момента. Исследователи говорят, что устройство может однажды обнаружить неуловимый квантовый эффект, называемый вакуумным трением.
Взвешенная наночастица может вращаться со скоростью более 300 миллиардов оборотов в минуту. «Это самый быстрый искусственный ротор в мире», — говорит физик Тонгкан Ли из Университета Пердью Западного Лафайета (штат Индиана, США).
Чтобы измерить крутящий момент с помощью устройства, Ли и его коллеги «выстрелили» в наночастицу вторым лазером, который включался и выключался через равные промежутки времени. Лазер был циркулярно поляризован, то есть электромагнитные волны света придавали ускорение вращению наночастицы. Исследователи измерили величину крутящего момента и оценили, как скорость частицы изменялась при включении и выключении второго лазера.
За 100 секунд работы датчик может измерять крутящий момент всего около 0,4 триллионных долей квадриллионной доли ньютон-метра. Другими словами, это ничтожно мало. Для сравнения, один ньютон-метр — это приблизительный крутящий момент, необходимый для откручивания крышки у бутылки с газировкой. То есть получившееся устройство примерно в 700 раз чувствительнее, чем самый лучший современный датчик крутящего момента, заявили исследователи в статье,опубликованной 13 января 2020 года в журнале Nature Nanotechnology.
Устройство настолько чувствительно, что его можно использовать для изучения незначительного воздействия вакуумного трения — противоречивого квантового эффекта, при котором объект, быстро вращающийся в пустом пространстве, ощущает сопротивление, несмотря на то, что он ничем не окружен. Предполагается, что ранее невиданный эффект возникал в результате взаимодействия вращающегося объекта с электромагнитными полями, которые, согласно квантовой механике, постоянно появляются и исчезают даже в пустом пространстве.