Европейские исследователи добились важного прорыва в квантовой физике, впервые зафиксировав наноротор в его квантовом основном состоянии. Речь идёт о частице из диоксида кремния, форма которой напоминает крошечную гантель, способную вращаться в ловушке из света. До сих пор подобные эксперименты ограничивались поступательным движением частиц, тогда как контроль над вращением оставался куда более сложной задачей.
В классической физике считается, что при достаточном охлаждении движение частиц можно полностью остановить. Однако квантовая механика диктует другие правила: даже при температурах, близких к абсолютному нулю, частицы сохраняют минимальную энергию и продолжают испытывать так называемые флуктуации нулевой точки. Именно к этому состоянию и удалось приблизить наноротор, ограничив его ориентацию с беспрецедентной точностью.
Эксперимент проводился с использованием интенсивного лазерного излучения, которое удерживало наночастицу и одновременно охлаждало её вращение. В процессе взаимодействия с фотонами ротор терял квант энергии, постепенно переходя к минимально возможному состоянию. Впервые этот процесс удалось реализовать сразу по двум осям, что позволило добиться практически полной квантовой фиксации ориентации.
По словам участников исследования, амплитуда движения концов ротора оказалась меньше сотой доли диаметра атома. Это означает, что его ориентация остаётся неопределённой лишь в пределах квантовых ограничений, что ранее считалось недостижимым для подобных систем.
Достигнутый результат важен не только сам по себе, но и как основа для будущих технологий. Управляемые вращающиеся наночастицы могут использоваться для создания новых типов квантовых сенсоров, способных измерять крайне слабые крутящие моменты. Кроме того, такие системы открывают перспективы для изучения квантовой интерференции вращения и перехода между квантовым и классическим мирами.
Исследование демонстрирует, что контроль над квантовыми свойствами объектов становится всё более точным и масштабируемым. В перспективе это может привести к появлению устройств нового поколения, где квантовые эффекты будут использоваться не только в лабораториях, но и в прикладных технологиях.
