Микроскопическая сфера, созданная учеными из Сент-Эндрюсского университета, вращалась быстрее, чем любой из когда-либо существовавших рукотворных объектов.

Многие исследования посвящены тому, что происходит на той границе, где классическая физика макромира уступает свои права квантовой механике. Но объектами экспериментов в таких исследованиях выступают, как правило, отдельные атомы или молекулы. Доктор Есихико Арита, доктор Майкл Мазилу и профессор Кишан Дхолакия решили поэкспериментировать с телом, содержащим триллион (если не больше) атомов.

Исследователи изготовили сферу из двулучепреломляющего материала фатерита (одной из форм карбоната кальция), диаметр которой составил всего 4 мкм. Столь ничтожный объект не составило труда «подвесить» в лазерном луче: давление света удерживало сферу от падения, как струя фонтана не дает упасть мячу с её верхушки. Если линейно поляризованный свет способен только удерживать частицу от падения, то луч с круговой поляризацией сообщил ей крутящий момент. Сфера с двойным лучепреломлением «переворачивает» угловой момент фотонов и, по закону сохранения момента импульса, сама начинает вращаться. Окружающий вакуум позволил минимизировать трение и разогнать частицу до 600 000 000 оборотов в минуту.

Ученые отметили, что микросфера вела себя подобно крошечному гироскопу: вращаясь, она стабилизировалась в пространстве. Линейные колебания частицы свелись к минимуму, экспериментаторы наблюдали эффект её «охлаждения».

Данный эксперимент позволяет лучше понять природу «квантового трения» — эффектов, способных разогнать или затормозить частицу даже в глубоком вакууме. Помимо фундаментальных открытий, которые ждут ученых на горизонте, эти знания могут привести к усовершенствованию существующих и созданию новых микроэлектромеханических устройств.

По пресс-релизу University of St Andrews