Ученые смогли измерить невероятно малую атомную силу

Силы контролируют все физические взаимодействия. Высокочувствительное измерение влияния сил позволяет провести количественное исследование физических явлений. Охлажденные лазером атомные ионы представляют собой хорошо контролируемую квантовую систему, чья малая масса, сильное кулоновское взаимодействие и легко обнаруживаемый флуоресцентный сигнал делают их благоприятной платформой для точной метрологии.

Ученые использовали атом элемента иттербия для восприятия электромагнитной силы меньше 100 зептоньютонов, сообщают исследователи 23 марта в Science Advances.

Это значение меньше 0,0000000000000000001 ньютонов — число с 18-ю нулями после запятой (единица силы равна одной миллиардной триллионной части ньютона). Примерно такая же сила, как гравитационное тяготение между двумя людьми, расстояние между которыми несколько тысяч километров.

После удаления одного из электронов атома исследователи улавливали атом с помощью электрических полей и охлаждали его до уровня температуры менее чем на тысячную долю градуса выше абсолютного нуля (-273.15 ° C), воздействуя на него лазерным светом.

Такое воздействия светом может привести к тому, что атом охладится. Затем ученые фокусируют этот свет на изображении с миниатюрным объективом Френеля, сегментированным объективом, подобным тем, который используется для фокусировки маяков.

Наблюдение за движением изображения атома позволило исследователям понять, как атом реагирует на электрические поля, и измерить незначительную силу, вызванную частицами рассеяния света от атома — ничтожными 95-ю зептоньютонами, которые тем не менее удалось измерить.

Больше информации: V. Blūms et al. A single-atom 3D sub-attonewton force sensor. Science Advances. Published online March 23, 2018. doi: 10.1126/sciadv.aao4453.