Физики впервые отслеживают столкновение молекулы с наночастицей
Американские физики разработали новый метод, который позволяет следить за столкновениями одиночных молекул благородных газов и сложных неорганических соединений с наночастицами, а также измерять передаваемый импульс. Эта разработка может помочь ученым создать методы, которые будут подавлять случайные помехи в квантовых компьютерах и сенсорах, как сообщается в статье в научном журнале Physical Review Letters. Об этом пишет портал ТАСС.
Исследователи продемонстрировали, что движущая сила, которую одиночные молекулы газов передают наночастице при столкновении, может быть измерена напрямую. Факт обнаружения отдачи от молекул, которые значительно легче наночастицы, указывает на возможность использования макроскопических объектов для наблюдения за взаимодействиями частиц и разрушением квантовых состояний.
Как поясняют Дэниел Карни и его коллеги из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли, 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 газов.
Ранее физики не имели возможности отслеживать столкновения между индивидуальными объектами квантового мира и небольшими наночастицами, которые также могут проявлять квантовые свойства. Созданный ими прибор позволяет использовать наночастицу как сверхчувствительный датчик.
Для этого ученые поместили сверхмалую кремниевую наночастицу, масса которой составляет одну миллионную долю нанограмма, в специальную оптическую ловушку, удерживающую ее в одной точке пространства. Параметры ловушки настроены так, что наночастица остается неподвижной по двум осям, но колеблется по третьей оси с высокой частотой.
При столкновении с молекулой газа "высота" колебаний наночастицы резко изменяется на короткий, но заметный период, что позволяет фиксировать столкновения и измерять силу передаваемого импульса. В ходе экспериментов ученые смогли зафиксировать столкновения с атомами криптона, ксенона и гексафторида серы, а также измерить возникший импульс.
Ученые отмечают, что этот подход может быть использован не только для наблюдений за помехами в квантовых компьютерах и сенсорах, но и для поиска темной материи и "новой физики" за пределами Стандартной модели частиц, отслеживая столкновения неизвестных типов частиц с видимой материей с помощью простых и энергоэффективных датчиков давления на базе левитирующих наночастиц.
