Levitující nanočástice dočasně porušuje 2. termodynamický zákon

Kvantová mechanika vládne ve světě extrémně malých rozměrů. Když ji chceme pořádně prozkoumat, tak si na to musíme pořídit extrémní nástroj. Právě takový je nový gadget, který vyvinuli vědci a inženýři Purdueovy univerzity. Výsledkem jejich snažení je nejrychleji rotující lidský výtvor na světě, který by se měl uplatnit ve kvantové fyzice.

Tongcang Li. Kredit: Purdue University.

Tongcang Li a jeho kolegové vytvořili rotor, který se otočí více než 60 miliardkrát za sekundu. Je tím pádem asi 100 tisíckrát rychlejší, než vysokorychlostní zubní vrtačky. Li je přesvědčen, že jejich nano-ultra-rotor může mít spoustu zajímavých aplikací, včetně výzkumu materiálů. Vědci s ním mohou zkoumat chování rozmanitých materiálů v extrémních podmínkách.

Jak udělat takový extrémní rotor? Li a spol. vyrobili nepatrnou činku z oxidu křemičitého, tedy ze skla. Skleněnou nanočinku umístili do velmi vysokého vakua, kde ji nechali levitovat s pomocí laserového paprsku. Laser je přitom nastavený tak, že paprsek může být buď lineární, díky čemuž nanočinka vibruje anebo kruhový a nanočinka pak rotuje.

Rekordní rotor. Kredit: Purdue University/Janghoon Ahn.

Rotující nanočinka funguje jako rotor, zatímco vibrující nanočinka slouží k měření nepatrných fyzikáních sil. Podobná zařízení kdysi objevovala gravitační konstantu a hustotu planety Země. Li s kolegy doufají, že s nanočinkou budou objevovat v nanosvětě a v podivuhodných vlastnostech vakua.

Pokud jde o vakuum, lidé se obvykle myslí, že je prázdné. Pro fyziky ale rozhodně prázdné není. Objevují se tam celé zástupy virtuálních částic, které se na kratičký okamžik zjeví a pak zase zmizí, jako duchové. Pokud chceme zjistit, co se tam skutečně děje, tak na to potřebujeme opravdu extrémně citlivé přístroje.

Když budou fyzici pozorovat rekordně rotující nanočinku, tak se určitě dozvědí nové věci o gravitaci a vakuu. Podle Lia je právě tohle součástí klíčového úkolu moderní generace fyziky.

Video:  World's Fastest Spinning Nanoparticle


Literatura
Purdue University 20. 7. 2018, Physical Review Letters 121: 033603.