یک آهنربای سریع و رکوردشکن می تواند به کشف فیزیک جدید کمک کند

یک آهنربای کوچک که در یک تله ابررسانا معلق می‌شود، ممکن است سریع‌ترین جسم در حال چرخش باشد که با چشم غیرمسلح قابل مشاهده است و یکی از سریع‌ترین اجرام در حال چرخش است. در آینده می‌توان از آن در آزمایش‌هایی برای جستجوی ذرات ماده تاریک مرموز و کمک به توسعه فناوری‌های کوانتومی استفاده کرد.

ابررساناها موادی هستند که الکتریسیته را با راندمان کامل هدایت می کنند و همچنین هر میدان مغناطیسی را که سعی در نفوذ به آنها داشته باشد دفع می کنند – پدیده ای که به عنوان اثر مایسنر شناخته می شود. بنابراین، آهنربایی که روی یک ابررسانا قرار می گیرد، نیروهای مغناطیسی دافعه ای را تجربه می کند و شروع به معلق شدن می کند. تائو وانگ از آژانس فناوری و تحقیقات علمی در سنگاپور و همکارانش قبلاً یکی از این آهنرباهای شناور را تنظیم کرده اند که با سرعت بی سابقه ای بالا می چرخد.

محققان از آهنربای کروی ساخته شده از نئودیمیم، آهن و بور استفاده کردند که عرض آن حدود 30 میکرومتر است، مشابه عرض یک موی نازک انسان. آنها آن را در یک ظرف استوانه ای ساخته شده از سرب قرار دادند، سپس آن ظرف را در یک محفظه بدون هوا یا محفظه خلاء مهر و موم کردند.

سپس از هلیوم مایع برای خنک کردن کل نصب تا حدود -269 درجه سانتیگراد (452- درجه فارنهایت) استفاده کردند که فقط چند درجه بالاتر از کمترین دمای ممکن است. در این شرایط شدید، سرب مانند یک ابررسانا رفتار می‌کرد و کمبود هوا به این معنی بود که آهنربا می‌توانست در آن بدون برخورد با ذرات معلق شود. این تیم آهنربا را تنظیم کرد تا با یک سیم پیچ مغناطیسی بچرخد و در نهایت این روتور کوچک را به 138 میلیون دور در دقیقه سوق داد.

وانگ می گوید که چرخش آهنربا نیز بسیار پایدار است: 17 روز طول می کشد تا سرعت چرخش آن 50 درصد کاهش یابد، چیزی که معمولاً به دلیل فعل و انفعالات بین آهنربا و محیطش سریعتر اتفاق می افتد. او می‌گوید: «از لحاظ تعداد چرخش‌هایی که قبل از کاهش قابل توجهی انجام می‌دهد، در همان کلاس چرخش زمین است. این سریعترین است روتور معلق مغناطیسی رکورد سریع ترین چرخش جسم ساخته شده توسط انسان نیز متعلق به یک کره معلق است، اما این یکی در ابعاد نانو است، بنابراین با چشم غیرمسلح نامرئی است و توسط پرتوهای لیزر معلق می شود.

از آنجایی که روتور اساساً بدون اصطکاک و مغناطیسی و سرد است، رفتار آن نسبت به محیط خود بسیار حساس است و آن را به یک حسگر امیدوارکننده تبدیل می کند. این تیم قبلاً آن را به عنوان خلاء سنج در دماهای بسیار پایین با موفقیت آزمایش کرده است. وانگ می‌گوید این می‌تواند برای سازندگان رایانه‌های کوانتومی مفید باشد، رایانه‌هایی که اغلب برای کار کردن باید بسیار سرد و ایزوله نگه داشته شوند.

بنجامین استیکلر از دانشگاه اولم آلمان می گوید که آهنربای چرخان معلق می تواند برای اندازه گیری دقیق میدان های مغناطیسی نیز استفاده شود.

آندریا وینانته از شورای تحقیقات ملی ایتالیا می‌گوید: همچنین می‌تواند یک پلتفرم امیدوارکننده برای آزمایش‌های فیزیک بنیادی، مانند جستجوی اثرات مرتبط با ذرات ماده تاریک یا سنجش امواج گرانشی در فرکانس‌های ناشناخته قبلی باشد. همچنین، در دماهای بسیار پایین، اثرات کوانتومی غالب می‌شوند، بنابراین حتی می‌توان از آن برای مطالعه مکانیک کوانتومی و برهمکنش آن با گرانش در مقیاس‌های میکرومتری استفاده کرد.