Физики впервые наблюдали столкновение одиночной молекулы и наночастицы

Американские физики разработали метод, позволяющий отслеживать столкновения одиночных молекул благородных газов и сложных неорганических соединений с наночастицами, а также измерять передаваемый в результате импульс. Эта разработка может помочь в создании подходов, снижающих случайные помехи в квантовых компьютерах и сенсорах, как сообщают ученые в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters. Об этом сообщает издание ТАСС.

"Мы впервые продемонстрировали, что можно напрямую измерить движущую силу, которую одиночные молекулы газов передают наночастице при столкновении. Обнаружение отдачи от молекул, которые в десятки миллионов раз легче наночастицы, открывает возможность использования макроскопических объектов для наблюдения взаимодействий частиц и разрушения квантовых состояний", - отмечается в исследовании.

Научный сотрудник Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли (США) Дэниел Карни и его коллеги объясняют, что одним из основных препятствий для развития квантовых технологий является разрушение квантовых состояний в результате взаимодействий с окружающей средой. Это чаще всего происходит из-за случайных столкновений квантовых объектов с атомами и молекулами различных газов.

Ранее физики не имели возможности отслеживать столкновения между индивидуальными объектами квантового мира, а также между молекулами и атомами с небольшими наночастицами, которые также могут проявлять квантовые свойства. Карни и его команда сделали значительный шаг к решению этой проблемы, разработав специальный прибор, который позволяет использовать наночастицу в качестве сверхчувствительного датчика.

Для этого ученые поместили сверхмалую кремниевую наночастицу, вес которой составляет одну миллионную долю нанограмма, в специальную оптическую ловушку, удерживающую ее в одной и той же точке пространства. Параметры работы ловушки были настроены так, что наносфера остается неподвижной по двум осям, но колеблется по третьей оси с высокой частотой.

Когда молекула газа сталкивается с этой наночастицей, "высота" колебаний резко изменяется на короткий, но заметный период времени, что позволяет фиксировать эти столкновения и измерять силу передаваемого импульса. В ходе экспериментов ученые зафиксировали столкновения наносферы с атомами криптона, ксенона и гексафторида серы, популярного изолятора и хладагента, и измерили возникший в результате этого импульс движения.

Ученые отмечают, что данный подход можно использовать не только для наблюдения за возникновением помех в работе квантовых компьютеров и сенсоров, но и для поисков темной материи и "новой физики" за пределами Стандартной модели частиц, отслеживая столкновения неизвестных типов частиц с видимой материей с помощью относительно простых и энергоэффективных датчиков давления на базе левитирующих наночастиц.

Больше новостей и эксклюзивных видео смотрите в канале Самара Онлайн 24 в MAX