سریع‌ترین شی چرخان انسان قادر است در هر دقیقه ۳۰۰ میلیارد دور بچرخد

شگفتی‌های دنیای علم به خاطر دستاوردهای جدید دانشمندان دانشگاه پردو در سال ۲۰۲۰ به اوج خود رسید. آن‌ها توانستند کوچک‌ترین و سریع‌ترین روتور مصنوعی را با سرعتی بی‌نظیر به گردش درآورند: ۳۰۰ میلیارد دور در دقیقه! این ذره‌ی میکروسکوپی که از سیلیکا ساخته شده است، با استفاده از نیروی لیزر و تابش نور به حرکت درآمد و سرعتش تقریباً ۵۰۰ هزار برابر بالاتر از سرعت چرخش مته‌های دندان‌پزشکی است.

این موفقیت تنها یک رکورد سرعت را به ثبت نرسانده بلکه محققان در نظر دارند تا از تکنیک‌های به‌کاررفته در آن برای اندازه‌گیری نیروهای بسیار لطیف در مقیاس کوانتومی بهره‌برداری کنند.

تیم تحقیقاتی به رهبری تونگ‌کانگ لی در دانشگاه پردو، یک نانوذره‌ی سیلیکایی به فرم دمبل را تولید کرد و آن را در یک محفظه خلأ با استفاده از پرتوی لیزر معلق نگه داشت. سپس آنها با تنظیم دقیق نیروی نوری، ذره را به چرخش درآوردند و توانستند سرعت آن را به بیش از ۵ گیگاهرتز، معادل ۳۰۰ میلیارد دور در دقیقه، برسانند.

شاید تصور اینکه نور توانایی حرکت دادن اجسام را دارد، دشوار باشد؛ اما باید گفت که فوتون‌ها هنگام برخورد با مواد، تکانه‌ای را منتقل می‌کنند و نیرویی جزئی به جسم تحمیل می‌نمایند. این پدیده تحت عنوان «فشار تابشی» شناخته می‌شود. در این پژوهش، نیروی لیزر به گونه‌ای کنترل شد که هم ذره را در هوا معلق نگه دارد و هم آن را با سرعتی بی‌نظیر به چرخش درآورد.

این آزمایش تنها به سرعت چرخش معطوف نیست. محققان نشان داده‌اند که نانوذره معلق در خلأ قادر است به یک حسگر با دقت فوق‌العاده برای اندازه‌گیری گشتاور تبدیل شود؛ که به معنای نیرویی است که می‌تواند جسم را به چرخش درآورد.

حساسیت این حسگر حدود ۶۰۰ تا ۷۰۰ برابر بیشتر از ابزارهای پیشین گزارش شده است. دانشمندان امیدوارند که از طریق این حسگر، توانایی مطالعه پدیده‌های ظریف‌تری مانند اصطکاک در حالت خلأ را به دست آورند؛ پدیده‌ای که بر اساس پیش‌بینی‌های فیزیک کوانتومی، ممکن است حتی در فضای خالی به دلیل نوسانات کوانتومی وجود داشته باشد.

این تکنولوژی می‌تواند در زمینه پژوهش مغناطیس در مقیاس نانو و بررسی اثر کازیمیر نیز به کار گرفته شود. یافته‌های این پژوهش در نشریه نیچر نانوتکنولوژی منتشر گردیده است.