پژوهش‌گران لرزش‌های چرخشی نانوذراتی را که به لحاظ اپتیکی شناور هستند، مشخصه‌یابی کردند. آن‌ها نشان دادند این حرکت را می‌توان سرد کرده و به حالت کوانتومی پایه‌اش رساند.

از نانوذرات شناور می‌توان در اندازه‌گیری‌های‌ فوق حساس نیرو و آزمایش‌های بنیادین فیزیک کوانتومی استفاده کرد. برخلاف کارهای پیشین که براساس لرزش انتقالی نانوذرات انجام می‌شد، این پژوهش جدید حرکت پیچشی را در نظر می‌گیرد. پژوهش‌گران برای نخستین بار از نور لیزری قطبیده استفاده کردند تا پیچش نوسانات نانوذرات مستطیلی‌شکل را که در میدانی اپتیکی به دام افتاده‌اند، اندازه‌گیری کنند. نتایج نشان می‌دهد این حرکت پیچشی می‌تواند سرد شود تا جایی که نوسانات (به طور میانگین) به صفر برسد، که این حالت متناظر با حالت پایه پیچشی است.

در آزمایش‌های شناور، باریکه‌های تمرکزیافته لیزر دامی ایجاد می‌کند که حرکت انتقالی نانوذرات را به نوسانات رفت و برگشتی در فرکانسی خاص محدود می‌کند. سرد کردن لیزر می‌تواند این نوسانات را کاهش دهد اما با روش‌های کنونی نمی‌توان به حالت پایه رسید. یک راه حل برای این منظور فرکانس‌های نوسان بالاتر است. در این حالت، انرژی باقی‌مانده بعد از سردسازی کم‌تر از یک کوانتوم نوسان است، به طوری که حرکت نانوذره با رسیدن به حالت پایه‌اش خاتمه می‌یابد. با این حال، درست کردن دام اپتیکی با فرکانس بالاتر نیازمند لیزری با توان بالاتر است که اثری منفی دارد و آن گرم شدن نانوذرات است.

روش دیگر استفاده از مد نوسان مختلف است. Tongcang Li و هم‌کارانش از دانشگاه پردو، واقع در ایندیانا حرکت پیچشی نانوذراتی را بررسی کردند که توسط لیزری با قطبش خطی شناور شده است. نانوذرات مستطیلی‌شکل موجود در نمونه خود را از طول و در راستای محور قطبش لیزر هم‌تراز می‌کنند. پژوهش‌گران نشان دادند این بیضی‌وار به طور متوالی حول این محور با فرکانس 1 مگاهرتز می‌پیچد، که 6 برابر بیشتر از فرکانس لرزش‌های انتقالی ذرات است. این گروه فهرستی از روش‌های ممکن را برای سردسازی به اختصار عنوان کردند که با این روش‌ها می‌توان نانوذرات را در حالت پایه پیچشی‌شان قرار داد. هم‌چنین این سامانه را به عنوان آشکارسازی فوق حساس معرفی کردند که می‌تواند گشتاور پیچشی را در تک‌ذرات اندازه‌گیری کند.

این پژوهش در Physical Review Letters منتشر شده است.