Исслeдoвaтeли из унивeрситeтa Пурду (Purdue University) при пoмoщи лучa лaзeрнoгo свeтa зaстaвили лeвитирoвaть крoшeчныe aлмaзныe нaнoчaстицы внутри вaкуумнoй кaмeры. Эти нaнoчaстицы, рaзмeр кoтoрыx сoстaвляeт пoрядкa 100 нaнoмeтрoв, что сопоставимо с размерами вирусов, представляют собой элемент чрезвычайно чувствительного датчика. И при помощи этого датчика ученым впервые в истории удалось измерить значение так называемых «торсионных колебаний», которые являются отражением некоторых явлений из области квантовой механики.
По сути, данный эксперимент является наноразмерным повторением эксперимента 1798 года, выполненного британским ученым-физиком Генри Кавендишем (Henry Cavendish), нацеленным на измерение значения гравитационной постоянной. В своем эксперименте Кавендиш закрепил и уравновесил две свинцовые сферы на краях коромысла. Это коромысло было подвешено на длинном и тонком проводе, после чего к свинцовым сферам были подведены жестко закрепленные свинцовые сферы еще большего размера. Сила гравитационного притяжения больших сфер, действующая на малые сферы, заставила коромысло повернуться вокруг оси, скручивая провод. И по величине этого скручивания было вычислено значение гравитационных сил и постоянной.
В новом эксперименте наночастицы, имеющие продолговатую форму и поднятые при помощи луча лазерного света, служили аналогами коромысла эксперимента Кавендиша, а собственно луч лазера выступал в роли провода, на котором было подвешено коромысло. «Изменение ориентации нанокристалла алмаза вызывало изменение поляризации луча лазерного света» — рассказывает Тонгкэнг Ли (Tongcang Li), ученый из университета Пурду, — «Малые размеры нанокристалла, низкая температура и глубокий вакуум, при которых проводился данный эксперимент, позволили нам произвести измерения, точность которых во много раз превышает точность подобных измерений, сделанных ранее. И эта точность уже позволяет нам изучать и исследовать явления не только из области обычной физики, но и из области квантовой механики».
«Это является первым разом в истории науки, когда нам удалось наблюдать за торсионными (вращательными) движениями наночастицы, которая представляет собой высокочувствительный датчик» — рассказывает Тонгкэнг Ли, — «С его помощью мы можем измерять вращающий момент от движения единственного электрона или протона».
Возможности, предоставляемые новым нанокристаллическим датчиком, позволят ученым глубже вникнуть в причудливые особенности квантового мира, а с практической точки зрения, такие датчики могут стать основой технологий квантовых вычислений и основой датчиков, производящих сверхвысокоточные измерения более традиционных физических величин. Однако, для реализации всего вышеперечисленного потребуется дополнительное охлаждение нанокристалла алмаза для того, чтобы он перешел в так называемое «стандартное квантовое состояние», состояние, когда его движениям не буду мешать собственные тепловые шумы и прочие помехи.
