Найшвидший обертовий об’єкт у світі - Sciences et Avenir

Опубліковано 20.01.2020 о 18:57

Використовуючи штовхаючу силу світла, яка, як відомо, нескінченно мала, дослідники досягли подвигу обертання наночастинки в мільйони разів швидше, ніж найшвидший обертається природний об’єкт у Всесвіті.

Чортове колесо, сфотографоване в довгій паузі.

Він обертається "в півмільйона разів швидше, ніж колесо стоматолога". Фізики з університету Пердью в штаті Індіана, США, створили найшвидший у світі обертається об’єкт. Це частинка кремнезему у формі крихітної гантелі, яка при обертанні на собі досягає швидкості блискавки 300 мільярдів оборотів в хвилину або 5 мільярдів оборотів в секунду (що відповідає частоті 5 ГГц). Для порівняння, природним об’єктом, який, як відомо, обертається найшвидше у Всесвіті, є пульсар - дуже щільний тип зірки, що складається лише з нейтронів і несамовито обертається на собі - із своїми 43000 оборотами в хвилину. В середньому трохи більше 700 оборотів в секунду.

Щоб встановити цей рекорд, переданий 13 січня 2020 року в журналі Nature Nanotechnology, команда просто використала силу світла. Коли фотони, що утворюють світло, потрапляють на об’єкт, вони здатні чинити на нього силу. Ця сила, яку називають "радіаційним тиском", просто еквівалентна тиску газу для випромінювання. Тільки воно настільки крихітне, настільки непомітне, що стосується, наприклад, сили тяжіння, що його взагалі вважають майже нульовим.

Він обертається "в півмільйона разів швидше, ніж колесо стоматолога". Фізики з університету Пердю в штаті Індіана, США, створили найшвидший у світі обертається об’єкт. Це наночастинка кремнезему у формі крихітної гантелі, яка, обертаючись на собі, досягає блискавичної швидкості 300 мільярдів оборотів в хвилину або 5 мільярдів оборотів в секунду (що відповідає частоті 5 ГГц). Для порівняння, природним об’єктом, який, як відомо, обертається найшвидше у Всесвіті, є пульсар - дуже щільний тип зірки, що складається лише з нейтронів і несамовито обертається на собі - із своїми 43000 оборотами в хвилину. В середньому трохи більше 700 оборотів в секунду.

Два лазери як "двигуни"

Саме астроном Йоганнес Кеплер виявив його існування в 1649 році (De cometis libelli tres), спостерігаючи за хвостом комет. Зазначивши, що вони завжди вказували в протилежному напрямку до Сонця, він дійшов висновку, що сонячне випромінювання неодмінно чинило силу на плазму і пил, що їх утворює. У випадку нашої крихітної частинки кремнезему на неї діяли два лазери, щоб змусити її рухатися. Таким чином, перший лазер використовувався для його руху та утримання в повітрі - щоб він левітував, коротше - коли другий дійшов до нього, щоб прискорити його. У вакуумі, де не відбувається тертя, сила штовхання фотона дійсно може досягати відносних записів. Це, наприклад, принцип, на якому базуються сонячні вітрила, кілька прототипів яких зараз літають у космосі.

Завдяки тому ж методу ця команда з Університету Пердью вже побила перший рекорд швидкості обертання в 2018 році. Але її об’єктом на той момент було «лише» 60 мільярдів обертів в хвилину, або 1 мільярд обертів в секунду. Таким чином, протягом кількох місяців фізикам вдалося вдвічі збільшити цю швидкість. "Побивати світовий рекорд завжди цікаво", - заявив фізик, відповідальний за дослідження, Тонгканг Лі.

Вимірювальний інструмент в квантовій механіці

Швидкість - не єдиний рекорд, побитий під час цього експерименту: наночастинка також становить датчик крутного моменту - пристрій, що дозволяє вимірювати всі сили, що беруть участь в обертанні системи. Фізичні - найбільш чутливі у світі, в порядку від 600 до 700 разів, ніж найефективніший вимірювач крутного моменту. За словами Тонгканга Лі, його тоді можна було використовувати для вимірювання квантових коливань, таких як вакуумне тертя. Дійсно, вакуум постійно є місцем квантових коливань у мікроскопічному масштабі, але все одно ігнорується майже все їхнє явище. Так само це може бути чудовим інструментом для спостереження магнетизму на наномасштабі.