Гальмо квантового світу: світло робить те, чого від нього не очікували фізики

Відомо, що світло надає енергію частинкам, що призводить до їхнього нагрівання або сприяє їхньому руху. Тепер же фізики виявили те, чого вони не очікували: світло діє як невидиме гальмо у квантовому світі. Дослідження опубліковано в журналі Nature, пише ScienceAlert.

Метою дослідження було детальніше вивчити квантове тертя. Це тертя, що виникає під час взаємодії коливальних електричних зарядів усередині твердого матеріалу з молекулами навколишньої рідини.

Квантове тертя — це нещодавно відкрите явище, і вчені лише починають розуміти, на що воно здатне. Наразі відомо, що квантове тертя відрізняється від стандартного тим, що діє на рівні електронів. Фізичний контакт не потрібен: тертя викликають коливальні взаємодіючі електричні заряди.

Для дослідження фізики помістили флуоресцентні вуглецеві нанотрубки, які в 100 000 разів тонші за людську волосину, у водний розчин. Аналіз показав, що під впливом світла нанотрубки поводилися так, ніби рухалися в густішій рідині. Простіше кажучи, нанотрубки рухалися набагато повільніше у воді під час сильного освітлення. Чим яскравіше було світло, тим повільніше рухалися частинки в рідині. По суті, світло діє як гальмо у квантовому світі, кажуть фізики. І це, принаймні частково, пов’язано з квантовим тертям.

Коли нанотрубки світилися й сповільнювалися під впливом світла, у них всередині утворювалися екситони. Це парні частинки, що складаються з електрона та "дірки" на місці колишнього електрона. Ці екситони взаємодіють з навколишніми молекулами води, передаючи імпульс. Саме рухливість екситонів створює цей сповільнювальний ефект під впливом світла, як встановили фізики.

У міру того, як рухомі електричні заряди всередині нанотрубки взаємодіють з молекулами води, все сповільнюється, і це несподівано. Це відкриття показує, наскільки розмитою є межа між фізикою твердих тіл і фізикою рідин на квантовому рівні. Це ще один прояв дивацтва квантової механіки.

За словами вчених, практичне застосування отриманих результатів стане можливим, якщо дослідники зможуть контролювати тертя за допомогою світла. Як приклади фізики наводять керування рухом нанороботів у рідині та точне регулювання умов хімічних реакцій.

Інші новини науки

• Нікола Тесла — видатний інженер і фізик. Він прославився як головний прихильник і творець систем змінного струму. Але деякі його винаходи так і не були втілені в життя.
• Японія вперше запустила та приземлила багаторазову ракету: політ тривав усього 40 секунд.