Quantenphysik
Kleine im Vakuum schwebende Partikel sind vielversprechende Kandidaten für neue Sensoren, die extrem schwache mechanische, biologische und chemische Kräfte messen können. Bisher war die Genauigkeit der Messung jedoch begrenzt. Ein neues Verfahren soll genauere Positionsmessungen mit einem Spiegel ermöglichen.
11.08.2022 24.10
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Seit Jahren gelingt es Forschern, die kinetische Energie relativ kleiner Objekte fast auf den absoluten Nullpunkt (minus 273 Grad Celsius) abzukühlen – und damit auf den Quanten-Grundzustand. Für schwebende Nanopartikel ist dies erst seit kurzem möglich. Diese Steuerung von schwebenden Nano- und Mikroobjekten im Hochvakuum ist inzwischen zu einer weit verbreiteten Technik in der Wissenschaft geworden und hat enorm an Dynamik gewonnen.
Der Vorteil dieser “Levitodynamik” genannten Technologie ist die hohe Empfindlichkeit von schwebenden Objekten gegenüber äußeren Kräften. Völlig getrennt von der Umwelt können sie unabhängig von Wechselwirkungen genutzt oder untersucht werden. Beispielsweise können damit sehr kleine Kräfte demonstriert werden. Das ist nicht nur für die Entwicklung von Sensoren interessant, sondern auch für die Grundlagenforschung und die Suche nach neuen physikalischen Phänomenen.
Genaue Position
Für solche Anwendungen ist eine sehr genaue Messung der Position der Nanopartikel erforderlich. Dies geschieht in der Regel mittels optischer Interferometrie, bei der das von einem Nanopartikel gestreute Licht mit dem Licht eines Referenzlasers überlagert wird. Die unterschiedliche Form der Lichtwellen, die vom Laser und dem Nanopartikel ausgehen, begrenzt jedoch bisher die Genauigkeit der Messung.
Ein Team um Tracey Northup vom Institut für Experimentalphysik der Universität Innsbruck hat nun eine neue Methode entwickelt, mit der sich die Position eines schwebenden Nanopartikels effizienter bestimmen lässt. Der Ansatz wird nun in der Fachzeitschrift Physical Review Letters vorgestellt. Das Laserlicht wird durch das von einem Spiegel reflektierte Partikellicht ersetzt, sodass nur das Nanopartikellicht überlagert wird.
Anhand eines in einer elektromagnetischen Falle schwebenden Nanopartikels konnten Innsbrucker Physiker bereits zeigen, dass diese Methode andere hochmoderne Nachweisverfahren übertrifft. Auf diese Weise konnten sie ein Partikel auf Temperaturen abkühlen, die unter denen liegen, die im gleichen Aufbau mit einer Standard-Positionsmessung erreicht werden.
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