سریع‌ترین جسم چرخان بشر در هر دقیقه ۳۰۰ میلیارد دور می‌زند!

دانشمندان با معلقسازی نانوذرهی سیلیکا در خلأ به کمک لیزر، آن را با سرعت ۳۰۰ میلیارد دور در دقیقه چرخاندند.

دانشمندان دانشگاه پردو در سال ۲۰۲۰ موفق شدند کوچکترین و سریعترین روتور ساختهشده به دست بشر را با سرعتی حیرتانگیز به چرخش درآورند: ۳۰۰ میلیارد دور در دقیقه! این ذرهی میکروسکوپی که از جنس سیلیکا ساخته شده، با کمک نیروی نور و لیزر میچرخد و سرعتش حدود ۵۰۰ هزار برابر بیشتر از سرعت چرخش متهی دندانپزشکی است.

این دستاورد فقط ثبت یک رکورد سرعت نیست؛ پژوهشگران امیدوارند از فناوری بهکاررفته در آن برای اندازهگیری نیروهای بسیار ظریف در مقیاس کوانتومی استفاده کنند.

چطور یک ذره با نور به چنین سرعتی میرسد؟

تیم پژوهشی دانشگاه پردو، به سرپرستی تونگکانگ لی، یک نانوذرهی سیلیکا به شکل دمبل ساخت و آن را در محفظهای خلأ، با استفاده از پرتو لیزر در هوا معلق نگه داشت. سپس با تنظیم نیروی واردشده از سوی نور، ذره را به چرخش درآوردند و سرعت آن را به بیش از ۵ گیگاهرتز، معادل ۳۰۰ میلیارد دوربردقیقه، رساندند.

شاید عجیب به نظر برسد که نور بتواند جسمی را حرکت دهد؛ اما فوتونها هنگام برخورد با ماده، تکانه منتقل میکنند و نیروی بسیار کوچکی به آن وارد میشود. این پدیده «فشار تابشی» نام دارد. نیروی لیزر در این آزمایش بهاندازهای دقیق کنترل شد که هم ذره را در هوا معلق نگه دارد و هم آن را با سرعتی بیسابقه بچرخاند.

رکوردی برای مطالعهی دنیای کوانتومی

اهمیت این آزمایش به سرعت چرخش محدود نمیشود. پژوهشگران نشان دادند نانوذرهی معلق در خلأ میتواند به حسگری فوق حساس برای اندازهگیری گشتاور تبدیل شود؛ یعنی میزان نیرویی که تمایل دارد جسم را بچرخاند.

حساسیت این حسگر حدود ۶۰۰ تا ۷۰۰ برابر بیشتر از ابزارهای پیشین گزارش شد. دانشمندان امیدوارند با کمک آن بتوانند پدیدههای بسیار ظریفی مانند اصطکاک خلأ را بررسی کنند؛ اثری که طبق پیشبینیهای فیزیک کوانتومی، ممکن است حتی در خلأ نیز بهدلیل نوسانات کوانتومی وجود داشته باشد.

این فناوری همچنین میتواند در مطالعهی مغناطیس در مقیاس نانو و بررسی اثر کازیمیر کاربرد داشته باشد. نتایج پژوهش گروه دانشگاه پردو در نشریهی نیچر نانوتکنولوژی منتشر شد.