Учёные измерили, как на левитирующую наночастицу воздействуют отдельные атомы и молекулы газа. Результаты опубликованы 23 октября в журнале Physical Review Letters.
Обычно давление газа возникает из-за множества атомов или молекул, которые одновременно сталкиваются с поверхностью. Например, именно так воздух внутри воздушного шара поддерживает его форму. Однако даже отдельный атом способен создать очень слабое давление. Чтобы обнаружить его воздействие, исследователи с помощью лазера удерживали в вакуумной камере стеклянную сферу диаметром всего 100 нанометров и массой около 10−15 грамма. Затем в камеру добавляли небольшие количества тяжёлого газа: криптона, ксенона или гексафторида серы. Криптон и ксенон состоят из атомов, а гексафторид серы — из молекул.
Наносфера была примерно в 10 миллионов раз массивнее отдельной частицы газа, поэтому зарегистрировать её движение было крайне сложно. Исследователи следили за лазерным светом, отражённым от сферы, и таким образом измеряли её крошечные смещения при столкновениях с частицами газа. Импульсы были настолько малы, что сила составляла всего одну миллиардную ньютона и действовала одну десятимиллиардную долю секунды. По мере того как в камеру добавляли газ и давление повышалось, столкновения происходили чаще.
По мнению исследователей, этот метод может пригодиться для измерения давления, особенно очень низкого — например, в космосе или вакуумных камерах. «Это может стать очень хорошим способом измерять давление», — говорит физик Ю-Хань Цэн из Йельского университета. Система также способна различать изученные Цэн и его коллегами газы: каждый из них по-разному взаимодействовал с наночастицей.
По словам Цэн, подобное устройство может помочь определить состав частиц в космосе и даже на других планетах. «Можно представить, что его отправят на другую планету и будут с его помощью изучать окружающую среду».