Триста миллиардов оборотов в секунду: для чего изобрели самый быстрый «волчок» в мире и как он выглядит
Сам по себе «чудо-волчок» представляет собой крошечный кусочек кремнезема, который при этом способен совершать несколько миллиардов оборотов в секунду. Его предназначение – помочь исследователям обнаружить невообразимо малое сопротивление, вызванное «трением» в вакууме.
Но погодите, в вакууме же нет трения, разве не так? По словам физиков, занимающихся проблемами квантовой механики, даже полный вакуум полон квантовых флуктуаций, обнаружить которые может только сверхчувствительная аппаратура. Инструментов для изучения сил, действующих на столь малом уровне, современной науке остро не хватает.
Несколько лет назад исследователи из Университета Пердью в США сделали шаг вперед в этом направлении, разработав метод измерения крутящего момента — или крутящей силы, — воздействуя на крошечный продолговатый кусок алмаза. Подвесив материал в вакууме с помощью лазера, физики использовали специально откалиброванное устройство для сбора информации. «Изменение ориентации наноалмаза действительно вызвало скручивание поляризации лазерного луча», объяснил физик Тонгкан Ли в 2016 году.
Три года спустя Ли и его команда заменили алмаз крошечными шариками из кремнезема диаметром всего 150 нанометров, которые фиксировались в вакуумной камере с помощью лазера мощностью 500 милливатт. С помощью поляризованных импульсов от второго лазера, крошечные кварцевые шарики можно было вращать. В результате удалось достичь невероятной скорости вращения – 300 миллиардов оборотов в секунду! Это в пять раз больше самых успешных экспериментов прошлого.
Для чего все это было нужно? По мнению физиков, их система настолько чувствительна, что с ее помощью можно измерить слабое растяжение ЭМ-полей, которое создает подобие трения даже в абсолютно пустом пространстве. Это трение является следствием неопределенности, присущей квантовой физике. «Быстро вращающаяся нейтральная наночастица может преобразовывать квантовые и тепловые колебания вакуума в излучение. Из-за этого электромагнитный вакуум ведет себя как сложная жидкость и будет создавать фрикционный момент на нанороторе», пишут исследователи в своем отчете.