Согласно квантовой механике, ни одна частица не может быть полностью неподвижной. Но насколько точно можно контролировать ее ориентацию, оставалось загадкой. Исследователи из Венского университета (Австрия) охладили вращательное движение левитирующего наноротора из диоксида кремния до его квантового основного состояния в двух ориентационных степенях свободы. Это позволило удерживать ориентацию частицы в пределах, определяемых квантовыми отклонениями нулевых колебаний.
В исследовании, опубликованном в журнале Nature Physics, ученые использовали крошечный ротор в форме гантели, состоящий из двух сфер из диоксида кремния диаметром 150 нм. Когда электрическое поле лазера удерживало и выравнивало его, действуя как невидимая пружина, ротор все еще совершал тепловое вращательное движение. При использовании оптического охлаждения его температура падала до нескольких десятков микрокельвинов выше абсолютного нуля, и система достигала состояния с наименьшей энергией.
Охлаждая вращение по двум осям, команда впервые добилась квантово-ограниченной центровки в нескольких направлениях. Как отмечают авторы работы, такой уровень контроля — это не просто техническое достижение. Он открывает возможности для проведения новых типов квантовых экспериментов. В большинстве современных систем используются отдельные атомы, ионы или молекулы. В отличие от них, эти нанороторы из диоксида кремния содержат около 100 млн атомов и при этом демонстрируют квантовое поведение.
Вращательное движение порождает эффекты, которые не проявляются в линейных системах. После полного оборота объект возвращается в исходное положение. Если выключить свет, удерживающий ротор, он может перейти в квантовую суперпозицию и вращаться во всех возможных направлениях одновременно.
Прелесть нашего метода двумерного охлаждения в том, что он работает на разных масштабах. Охлаждать большие тела проще, но мы надеемся, что, применив наши методы к более мелким структурам, сможем наблюдать квантовую интерференцию вращений. Это интересная система для изучения взаимодействия квантовой физики и явлений, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни
Этот подход также может способствовать развитию квантового зондирования. Охлажденный наноротор может служить чрезвычайно чувствительным детектором для измерения крошечных крутящих моментов, которые являются вращательным эквивалентом очень малых сил.
Ранее Наука Mail писала, что в России создали новую молекулу для медицинских исследований.
