อนุภาคนาโนสร้างสถิติการหมุน

หากเครื่องยนต์ไอพ่นหมุนเร็วกว่า 1,000 เฮิรตซ์ แรงที่ขอบด้านนอกอาจฉีกเป็นชิ้นๆ แต่ทีมวิจัยสองทีม – หนึ่งในสวิตเซอร์แลนด์ อีกทีมหนึ่งในสหรัฐฯ และจีน – ได้ทำให้อนุภาคนาโนหมุนอย่างอิสระที่มากกว่าหนึ่งพันล้านเฮิรตซ์ ทำให้พวกมันหมุนเร็วที่สุดเท่าที่เคยผลิตมานาโนโรเตอร์ที่เร็วมากดังกล่าวอาจมีประโยชน์สำหรับการทดสอบคุณสมบัติของวัสดุ รวมทั้งการตรวจสอบทฤษฎีการหน่วงการเสียดสี

ในระดับนาโน อนุภาคนาโนรูปดัมเบลล์ของกลุ่ม

สหรัฐอเมริกาและจีนสามารถสร้างเครื่องชั่งแรงบิดแบบอัลตราไวโอเลตซึ่งเป็นเซ็นเซอร์วัดแรงที่ใช้ในการวัดแรงโน้มถ่วงในศตวรรษที่ 18 ดังนั้นพวกมันจึงสามารถตรวจจับผลกระทบของควอนตัมในความโน้มถ่วงและผลกระทบของแรงเล็กๆ อื่นๆ ได้ทั้งสองทีมดักจับอนุภาคนาโนซิลิกาขนาดประมาณ 100 นาโนเมตรโดยใช้แหนบแบบออปติคัล ซึ่งเป็นเทคนิคที่มีรากฐานมาอย่างดีซึ่งใช้ประโยชน์จากพลังของลำแสงเลเซอร์ที่โฟกัสเพื่อจัดการทุกอย่างตั้งแต่อะตอมไปจนถึงเซลล์ นักวิจัยได้เปลี่ยนแหนบแสงเป็น “ประแจออปติคอล” ด้วยการหมุนโพลาไรซ์ของลำแสง

“สิ่งนี้ทำเมื่อประมาณยี่สิบปีที่แล้วในของเหลว แต่สิ่งที่ทำให้ความเร็วการหมุนสูงสุดที่อนุภาคสามารถเข้าถึงได้คือปริมาณของความชื้น” René Reimann จาก ETH Zurich อธิบาย “ถ้าคุณนั่งอยู่ในของเหลว โมเลกุลเหล่านี้ทั้งหมดจะเบรกมันด้วยแรงเสียดทาน ดังนั้นมันจะไม่หมุนเร็วมาก” การเพิ่มพลังเลเซอร์พิเศษเพื่อเอาชนะการเสียดสีนี้ เสี่ยงต่อการทำลายอนุภาคจากความร้อนสูงเกินไป เมื่อเร็ว ๆ นี้นักวิจัยได้ทดลองหมุนอนุภาคในสุญญากาศ แต่อัตราการหมุนของอนุภาคนั้นไม่เกิน 10 MHz

ระบบเช่นนี้ ซึ่งคุณสามารถควบคุมการบิดหรือการหมุนได้ดีมาก จะมีประโยชน์จริง ๆ ทั้งในแง่ของการตรวจจับและด้านฟิสิกส์พื้นฐานในการวิจัยครั้งใหม่ ทั้งสองกลุ่มใช้สุญญากาศที่สูงมาก อนุภาคนาโนซิลิกาบริสุทธิ์มาก และเลเซอร์ดักจับที่ความยาวคลื่นอย่างแม่นยำ 1550 นาโนเมตร ซึ่งเป็นหน้าต่างโปร่งใสสำหรับซิลิกา “เรากำลังพยายามลดการดูดซึมให้เหลือน้อยที่สุด” Tongcang Liจากมหาวิทยาลัย Purdue ในรัฐอินเดียนา สมาชิกอาวุโสของกลุ่มสหรัฐฯ-จีน อธิบาย ด้วยการลดความร้อนด้วยวิธีเหล่านี้ ทั้งสองกลุ่มจึงมีอัตราการหมุนที่มากกว่า 1 GHz

อนุภาคนาโนลดความเครียดในการปั่น

เหตุผลหนึ่งที่อนุภาคสามารถหมุนเร็วมากโดยไม่ต้องบินออกจากกันคือขนาดนาโนของพวกมัน ซึ่งหมายความว่าขอบของพวกมันเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าวัตถุขนาดใหญ่ที่อัตราการหมุนที่กำหนด ซึ่งหมายความว่าพวกมันมีความเครียดน้อยลง “หากคุณทำการทดสอบด้วยหัววัดที่ใหญ่กว่า คุณมักจะถูกจำกัดด้วยข้อบกพร่อง เช่น รอยขีดข่วนและรอยร้าวเล็กๆ บนพื้นผิวที่แยกจากกันนานก่อนที่คุณจะถึงขีดจำกัดสูงสุดที่กำหนดโดยพันธะอะตอม” Reimann อธิบาย “หากคุณย้ายไปยังอนุภาคที่มีขนาดเล็กกว่ามาก การเตรียมโพรบที่ไม่มีข้อบกพร่องจะง่ายกว่ามาก” นอกจากนี้ เขายังกล่าวอีกว่า ผลกระทบที่คาดไม่ถึงในทางทฤษฎีอาจทำให้สสารมีพฤติกรรมแตกต่างออกไปในระดับนาโน “มันเป็นคำถามพื้นฐานที่น่าสนใจ” เขากล่าว

Reimann และเพื่อนร่วมงานได้ซื้อเครื่องตรวจจับที่สามารถวัดอัตราการหมุนได้ถึง 20 GHz ตามทฤษฎีแล้ว วิธีนี้จะช่วยให้พวกมันหมุนอนุภาคได้เร็วพอที่จะฉีกพันธะอะตอมออกจากกัน “มันน่าสนใจมากที่จะเห็นว่าสิ่งเหล่านี้ระเบิดด้วยความเร็วเท่าใด และมันจะเท่าเดิมเสมอ หรือแตกต่างกันในแต่ละอนุภาคหรือไม่” เขากล่าว

โดยหลักการแล้ว – ที่อัตราการหมุนที่สูงเพียงพอและแรงดันต่ำเพียงพอ – อาจสามารถวัดสิ่งที่เรียกว่าแรงเสียดทานสุญญากาศได้เช่นกัน นี่คือแรงเบรกที่คาดการณ์ในทางทฤษฎีซึ่งเกิดจากคู่อนุภาคเสมือนกับปฏิปักษ์ซึ่งปรากฏขึ้นชั่วขณะจากความผันผวนในสุญญากาศควอนตัม อย่างไรก็ตาม Reimann เชื่อว่านี่เป็นวิธีหนึ่งจากการทดสอบทดลอง

แรงบิดในความสมดุล

ในขณะที่นักวิจัยของ ETH Zurich ใช้อนุภาคนาโนทรงกลม กลุ่มชาวอเมริกันและสหรัฐฯ ได้ผลิตดัมเบลล์ขนาดนาโนโดยการรวมอนุภาคนาโนทรงกลมสองอนุภาคเข้าด้วยกัน ในแสงโพลาไรซ์เชิงเส้น แกนยาวของดัมเบลล์นาโนเหล่านี้อยู่ในแนวเดียวกับแกนโพลาไรซ์ของแสง และเพียงแต่โยกเยกเนื่องจากการชนกับโมเลกุลของอากาศที่เหลืออยู่ นักวิจัยคำนวณว่าระบบของพวกเขาสร้างสมดุลของแรงบิดคล้ายกับที่ Henry Cavendish ใช้ในการวัดความแรงของแรงโน้มถ่วงในปี 1798 แต่เกือบ 20 คำสั่งของขนาดมีความอ่อนไหวมากกว่า แม้จะคำนวณได้ว่ามีความไวมากกว่าเครื่องชั่งทอร์ชันที่ล้ำสมัยประมาณ 100 เท่าในปัจจุบัน

นี้อาจมีประโยชน์หลายอย่าง ตัวอย่างเช่น นักทฤษฎีคาดการณ์เมื่อกว่า 40 ปีที่แล้วว่าแอนไอโซโทรปีในสุญญากาศควอนตัมระหว่างวัสดุที่หักเหสองขั้วควรทำให้เกิดแรงหมุนเล็กๆ ที่เรียกว่าแรงบิดคาซิเมียร์ แต่สิ่งนี้ไม่เคยถูกสังเกตจากการทดลอง: “การคำนวณของเราแสดงความไวของระบบของเราน่าจะเพียงพอแล้ว เพื่อตรวจจับแรงบิดของ Casimir” Li อธิบาย บางคนถึงกับแนะนำว่าอุปกรณ์ที่คล้ายกันอาจตรวจจับผลกระทบของควอนตัมในความโน้มถ่วง

Andrew Geraciจาก Northwestern University ในรัฐอิลลินอยส์ ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับรายงานทั้งสองฉบับ รู้สึกประทับใจอย่างยิ่ง “รายละเอียดทางเทคนิคบางอย่างไม่ได้รายงาน ณ จุดนี้อย่างชัดเจน แต่ฉันจะไม่พิจารณาว่าเป็นข้อบกพร่องที่สำคัญ – เป็นเพียงสัญญาณว่านี่เป็นพื้นที่ที่ค่อนข้างใหม่และผู้คนไม่มีเวลาที่จะหยอกล้อทั้งหมด รายละเอียดเหล่านี้ยัง” เขากล่าว “มีหลายสิ่งหลายอย่างที่เรานึกภาพออกได้ในที่ที่ระบบแบบนี้ ซึ่งคุณสามารถควบคุมการบิดหรือการหมุนได้ดีมาก จะมีประโยชน์จริง ๆ ทั้งในแง่ของการตรวจจับและในด้านฟิสิกส์พื้นฐาน”

เพื่อแก้ไขปัญหานี้ มุลเลอร์และเพื่อนร่วมงานได้พัฒนาเครื่องตรวจจับที่สามารถบันทึกอิเล็กตรอนเดี่ยวได้ แม้ว่าพิกเซลบางพิกเซลจะมีฟลักซ์อิเล็กตรอนมากกว่าพิกเซลอื่นๆ ถึงล้านเท่า “ลองนึกภาพว่าฉันมีกล้อง แล้วฉันก็ถ่ายรูปคุณกับดวงอาทิตย์ที่ส่องแสงจากด้านหลังคุณ” มุลเลอร์กล่าว “เครื่องตรวจจับของเราจะสามารถถ่ายภาพจุดบอดบนดวงอาทิตย์ทั้งหมดบนพื้นผิวของดวงอาทิตย์และรายละเอียดทั้งหมดของใบหน้าของคุณในเงาได้” เครื่องมือใหม่นี้ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ได้ขนานนามว่าเครื่องตรวจจับอาร์เรย์พิกเซลของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (EMPAD) อนุญาตให้ทำการแสดงอิเล็กตรอนเต็มรูปแบบเป็นครั้งแรก

Credit : เกมส์ออนไลน์แนะนำ >> ป๊อกเด้งออนไลน์