Физики измерили тягу микроскопических "световых двигателей", Hi-Tech

Схема опыта. Желтой стрелкой показано направление вылетающих фотонов, черной - направление действие силы. Иллюстрация авторов исследования

Группе физиков удалось измерить тягу "светового двигателя" на микроскопической бусине - силу, которая действовала на бусину, когда молекулы на ее поверхности излучали свет. Статья исследователей появилась в журнале Physical Review Letters, а ее краткое изложение приводит Physical Review Focus.

Известно, что световой поток оказывает давление на объекты. Например, в настоящее время существуют проекты космических кораблей, приводимых в движение солнечными парусами, которые "наполняет" ветер из фотонов. Однако до недавнего времени ученые предполагали, что подобные эффекты наблюдаются только в космическом пространстве или в лабораторных условиях на крайне малых масштабах.

Теперь физикам удалось показать, что это не так. В рамках своей работы они помещали кремниевую бусинку микронного размера в световую ловушку. Поверхность бусинки была покрыта флуоресцентным материалом, который испускает желтое свечение при облучении зеленым светом. В результате ученым удалось обнаружить, что при облучении бусинки зеленым импульсом, на нее начинала действовать сила примерно в 300 фемтоньютонов (1 фемтоньютон = 10^-15 ньютона). При этом возникновение силы коррелировало с увеличением интенсивности свечения бусины.

Для измерения силы, действовавшей на бусинку, ученые использовали метод фотонной силовой микроскопии (photonic force microscopy - PFM). В рамках этого метода с высокой точностью измеряются передвижения объекта внутри оптической ловушки. Знание параметров ловушки позволяет ученых вычислить силы, действующие на объект.

Новый эксперимент является уже вторым, проведенным данной группой исследователей. Первая работа с похожими результатами появилась в февральском номере Physical Review Letters. По словам исследователей, повторный эксперимент является подтверждением того, что более полугода назад были получены верные результаты. Ученые надеются, что новая технология позволит сверхточно изменять количество света, испущенного микрообъектами (зная возникающую силу, можно вычислить количество фотонов, которые покинули поверхность объекта).