Los investigadores han levitado una pequeña partícula de nanodiamantes con un láser en una cámara de vacío, utilizando la técnica por primera vez para detectar y medir su "vibración torsional", un avance que podría traer nuevos tipos de sensores y estudios en mecánica cuántica.
El experimento representa una versión a nanoescala del equilibrio de torsión utilizado en el experimento clásico de Cavendish, realizado en 1798 por el científico británico Henry Cavendish, que determinó la constante gravitacional de Newton. Una barra que equilibraba dos esferas de plomo en cada extremo se suspendió en un alambre de metal delgadoLa gravedad que actúa sobre los dos pesos hizo que el alambre y la barra se torcieran, y esta torsión, o torsión, se midió para calcular la fuerza gravitacional.
En el nuevo experimento, un nanodiamante de forma oblonga levitado por un rayo láser en una cámara de vacío cumplió el mismo papel que la barra, y el rayo láser desempeñó el mismo papel que el cable en el experimento de Cavendish.
"Un cambio en la orientación del nanodiamante causó que la polarización del rayo láser se torciera", dijo Tongcang Li, profesor asistente de física y astronomía e ingeniería eléctrica y de computadoras en la Universidad de Purdue. "Los equilibrios de torsión han desempeñado un papel histórico enel desarrollo de la física moderna. Ahora, un nanodiamante elipsoidal ópticamente levitado en el vacío proporciona un nuevo equilibrio de torsión a nanoescala que será muchas veces más sensible ".
Los hallazgos se detallan en un documento que apareció el jueves 15 de septiembre en el diario Cartas de revisión física .
"Esta es la primera observación experimental del movimiento de torsión de una nanopartícula levitada en el vacío y representa un detector de par muy sensible", dijo Li. "En principio, podríamos detectar el par en un solo electrón o un solo protón".
El trabajo fue escrito por el investigador postdoctoral de Purdue, Thai M. Hoang; el estudiante Yue Ma de la Universidad de Tsinghua en China; los estudiantes graduados de Purdue Jonghoon Ahn y Jaehoon Bang; Francis Robicheaux, profesor de física y astronomía de Purdue; Zhang-Qi Yin,investigador asistente en la Universidad de Tsinghua y Li.
El documento detalla la detección de la vibración torsional, una propuesta para usar la técnica de detección de torque y también para lograr un "enfriamiento del estado fundamental" torsional, que podría ayudar a los esfuerzos para estudiar la teoría cuántica y realizar aplicaciones potenciales en el procesamiento de información cuántica ymedición de precisión para sensores.
Este enfriamiento reduce el "ruido" causado por la vibración de las moléculas y los átomos, lo que hace posible medir con precisión el par y sondear las relaciones entre el movimiento y el "giro" de los electrones. Se puede pensar que los electrones tienen dos estados de giro distintos, "arriba" o"abajo", y este fenómeno podría usarse en futuras simulaciones cuánticas.
El artículo incluye porciones experimentales y teóricas.
"Experimentalmente, observamos movimiento torsional, y la parte teórica es una propuesta de cómo enfriar el movimiento para alcanzar el estado fundamental cuántico", dijo Li.
Los nanodiamantes son de aproximadamente 100 nanómetros de diámetro, o aproximadamente del tamaño de un virus. La investigación futura incluirá esfuerzos para lograr el enfriamiento del estado fundamental.
La investigación fue apoyada por la National Science Foundation y por la National Natural Science Foundation de China.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Purdue . Original escrito por Emil Venere. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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