Levitující částice ve vakuu
Levitace velkých předmětů i jednotlivých atomů se stala široce používanou technikou ve vědě a technice. V posledních letech mnoho badatelů začalo zkoumat nový horizont Levitace ve vakuu. Konkrétně levitaci nanočástic a mikročástic - stále menších než průměr jednoho vlasu, ale složených z miliard atomů.
Schopnost manipulovat a měřit překlad a otáčení těchto objektů s vysokou přesností vytvořila novou experimentální platformu s jedinečnými příležitostmi pro základní a aplikovaný výzkum.
„Jmenujme jen několik příkladů: vysoká citlivost levitovaných předmětů na vnější síly a zrychlení podporuje vývoj senzorů a hledání nové fyziky a plnou kontrolu tření a sil ovlivňujících pohyb těchto částic při testování stochastických termodynamických hypotéz„. Kromě toho lze tření a hluk snížit na základní minimum vytvořením ultra vysokého vakua, které vydláždí cestu nejen pro kvantové snímání a detekci, ale také pro zkoumání makroskopických kvantových superpozic v dosud neprozkoumaném režimu velkých hmot“, říká Oriol Romero- Isart z Ústavu kvantové optiky a kvantových informací Rakouské akademie věd a Katedry teoretické fyziky Univerzity v Innsbrucku.
Ochlazeno do kvantového základního stavu
V roce 2010 byly poprvé navrženy techniky kvantové optiky jako způsob, jak ochladit pohyb levitovaných nanočástic na kvantový režim pomocí optické dutiny. Od té doby byly tyto návrhy experimentálně vyvinuty a doplněny realizací řídicích mechanismů založených na optických, elektrických a magnetických silách. Od této chvíle se jak chladicím schématům založeným na optické dutině, tak aktivní zpětné vazbě podařilo ochladit pohyb dielektrické levitované nanočástice do kvantového základního stavu, což otevírá cestu k neprobádané kvantové fyzice.
Fyzika, věda o materiálu a senzory
Levitace nanoobjektů ve vysokém vakuu nabízí nové příležitosti pro výzkum a aplikace tím, že poskytuje dříve nedosažitelnou izolaci od prostředí. „Současný soubor nástrojů umožňuje levitovat a ovládat jakýkoli druh nanoobjektu, včetně magnetů, kovů, diamantů obsahujících barevná centra, grafenu, kapalných kapiček a dokonce i supratekutého hélia, pomocí optických, elektrických a magnetických interakcí,“ vysvětluje Carlos Gonzalez- Ballestero, postdoctorální výzkumník na katedře teoretické fyziky na univerzitě v Innsbrucku. "Tyto interakce také poskytují způsob, jak spojit vnitřní stupně volnosti (např. Fonony, magnony, excitony) s dobře kontrolovanými vnějšími stupni volnosti (translace, rotace)."
Levitované systémy jsou čistá testovací místa pro vědu o materiálech, kde lze hmotu v extrémních podmínkách sondovat a dokonce zkonstruovat. Levitované systémy jsou navíc ideální platformou pro studium nerovnovážné fyziky. Rozšíření ovládání na všechny stupně volnosti levitované částice umožňuje snížit zdroje hluku a dekoherence. Otevře dveře novému režimu makroskopické kvantové fyziky (např. Příprava makroskopických kvantových superpozic objektů složených z miliard atomů) a zkoumání slabých sil (např. Těch, které předpovídají modely temné hmoty) v dosud neprobádaných režimech. A konečně, použití levitovaných systémů pro ultrazvukovou detekci sil přináší příležitosti také pro komerční snímací aplikace, včetně gravimetrů, tlakových senzorů, senzorů setrvačné síly a senzorů elektrického/magnetického pole.
