Rekordman v rotaci. Kredit: Purdue University/Jaehoon Bang.

V roce 2018 jsme užasli nad kouzly kvantových čarodějů z americké Purdue University, kteří roztočili nanočástici z oxidu křemičitého ve tvaru činky extrémní rychlostí 60 miliard otáček za minutu. Tongcang Li a jeho kolegové zjevně neusnuli na vavřínech a rozhodli se své nanočástice roztočit ještě mnohem ďábelštější rychlostí. A dokázali to.

Podařilo se jim prorazit vlastní světový rekord a v podstatě stejným způsobem roztočili nanorotor ještě pětkrát rychleji. Jejich nanočástice z oxidu křemičitého se ve vakuu točila přízračnou rychlostí přes 300 miliard otáček za minutu (5 GHz). Pro srovnání, zubní vrtačky zvládnou kolem 500 tisíc otáček za minutu, zatímco nejrychleji rotující přírodní objekty, tedy nejrychlejší pulsary, dovedou nějakých 43 tisíc otáček za minutu.

Nanokouzla s výkonným laserem. Kredit: Purdue University/Vincent Walter.

Takto extrémní roztočení nanočástice vyžaduje dva výkonné lasery. Jeden z paprsků přitom drží nanočástici na místě, zatímco ten druhý ji roztáčí. Když fotony z laserového paprsku zasáhnou nanočástici, tak na ní zatlačí tlakem záření (radiation pressure). Tenhle tlak je zcela nepatrný a za normálních okolností je příliš slabý na to, aby měl nějaký zřetelný vliv. Jenomže ve vakuu je to úplně jiné a fotony laserového paprsku roztočí nanočástici ultimátní rychlostí.

Spustit animaci

Rotující nanočinka. Kredit: Purdue University/Jonghoon Ahn.

Podobně funguje pohon se světelným plachtami, který by jednoho dne mohl dostat naše nanosondy do sousedních hvězdných systémů. Jak uvádí Li, Johannes Kepler si na počátku 17. století všiml, že ohony komet vždy ukazují směrem od Slunce. Je to kvůli tlaku slunečního záření. Stejný mechanismus využívá i Liův tým rotačních rekordmanů, jen namísto Slunce a komet používají lasery a nanočástice.

Přízračně rotující nanočástice není jenom lovcem světových rekordů. Badatelé jsou přesvědčeni, že s jejich systémem bude možné detekovat vysněné tření vakua (vakuum friction) a další kvantové jevy, včetně magnetismu v nanoměřítku. Pokud jde o tření vakua, to by mělo souviset s virtuálními fotony, které se podle kvantové mechaniky ve vakuu neustále zjevují a zase mizí. Tyhle přízraky fotonů by totiž měly působit na okolní objekty elektromagnetickou silou stejně, jako normální fotony.

Video:  World's Fastest Spinning Nanoparticle


Literatura
Purdue University 16. 1. 2020, Nature Nanotechnology online 13. 1. 2020.