Vědci z brněnského Ústavu přístrojové techniky Akademie věd ČR popsali nový způsob, jak pomocí světelného paprsku řídit pohyb levitující nanočástice. Výsledky výzkumu publikoval odborný časopis Optica. Otevírá to dveře k citlivějším senzorům a novým způsobům, jak světlem řídit mikroskopické objekty, uvedl Oto Brzobohatý z týmu levitační fotoniky.
Výzkumníci vytvořili experimentální systém, ve kterém lze nastavit vzájemné působení dvou směrů pohybu nanočástice tak, aby se mezi nimi energie přenášela převážně jedním směrem. Za určitých podmínek se tak v jednom směru pohybu částice samovolně ochlazuje, zatímco v druhém se zahřívá.
Experiment pracuje s křemennou nanočásticí o průměru necelého jednoho mikrometru, kterou vědci pomocí laserového světla drží ve vakuu. Částice se může pohybovat například doleva a doprava podél osy X a současně nahoru a dolů podél osy Y.
Vědci mohou měnit tvar a polarizaci laserového paprsku, a tím ovlivňovat, jak spolu oba směry pohybu částice souvisejí. Od běžného stavu, kdy se oba pohyby ovlivňují navzájem, mohou systém postupně nastavit tak, že působení je výrazně nerovnoměrné. V krajním případě pohyb podél jedné osy ovlivňuje pohyb podél druhé, zatímco opačné působení je prakticky potlačeno.
Nerovnoměrnost vzájemného působení vede k překvapivému přenosu energie. V určitém nastavení začne jeden ze směrů pohybu získávat kinetickou energii a více se rozkmitá, zatímco druhý o energii přichází a jeho pohyb se utlumí. Vědci efekt označují jako spontánní ochlazování. Změnou nastavení systému lze navíc role obou směrů prohodit.
"Je to pohled pod pokličku takzvaných nehermitovských systémů," uvedl Brzobohatý. Nehermitovská fyzika popisuje systémy, v nichž například energie nebo informace neputují obvyklým symetrickým způsobem.
Výsledky mohou podle autorů pomoci při dalším výzkumu nehermitovské fyziky, řízení mikroskopických objektů a citlivého měření. Experiment zároveň nabízí cestu ke studiu těchto jevů v kvantovém režimu, kde se levitované částice už dnes daří ochlazovat až k jejich základnímu kvantovému stavu.
