Физики впервые наблюдали столкновение молекулы с наночастицей

Американские ученые создали способ, который позволяет фиксировать удары одиночных молекул газа о наночастицу. Измерять при этом переданный импульс тоже удалось. Результаты исследования появились в журнале Physical Review Letters. Об этом сообщает издание Самара онлайн 24.

Работу вела команда Дэниела Карни. Он сотрудник Национальной лаборатории имени Лоуренса, расположенной в Беркли. Авторы утверждают, что впервые смогли напрямую измерить движущую силу. Ее создают отдельные молекулы газов, когда врезаются в наночастицу. Отдачу удается засечь от частиц, которые легче нанообъекта в десятки миллионов раз.

Это важно для квантовых технологий. Их состояния разрушаются из-за взаимодействия с окружением. Чаще всего помехи возникают, когда квантовые объекты случайно сталкиваются с атомами или молекулами газов. Раньше отслеживать такие контакты между отдельными частицами не получалось.

В основе устройства — сверхмалая кремниевая наночастица. Ее вес равен одной миллионной доле нанограмма. Оптическая ловушка удерживает объект в одной точке пространства. Настройка такова: по двум осям наносфера неподвижна, по третьей колеблется с высокой частотой.

Когда молекула газа врезается в наночастицу, амплитуда колебаний резко меняется на короткое время. Этот отклик дает возможность регистрировать столкновения и вычислять силу импульса. В экспериментах фиксировали удары о наносферу атомов криптона, ксенона и молекул гексафторида серы. Последний используют как изолятор и хладагент.

Подход пригодится не только для изучения помех в квантовых компьютерах и сенсорах. Его можно применить в поисках темной материи и явлений за пределами Стандартной модели. Для этого неизвестные частицы попытаются отследить по столкновениям с видимым веществом. Сенсоры давления на левитирующих наночастицах при этом относительно просты и энергоэффективны.