Физики впервые показали невидимые силы природы

Физики из Технологического университета Чалмерса в Швеции разработали простой способ наблюдать фундаментальные силы, связывающие мельчайшие объекты во Вселенной. Используя золото, соленую воду и свет, исследователи создали экспериментальную платформу, на которой невидимые силы проявляются в виде ярких цветов. Работа опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Для наблюдения необходим стеклянный контейнер с миллионами золотых хлопьев, плавающих в солевом растворе. Если каплю этого раствора нанести на золотую подложку и рассмотреть под микроскопом, хлопья притягиваются к поверхности, но не соприкасаются с ней полностью — между ними и подложкой остаются нанометровые промежутки. Эти крошечные полости становятся резонаторами, в которых свет отражается и создает узоры красных и зеленых оттенков на золотом фоне.

«Мы буквально видим, как взаимодействуют фундаментальные силы природы. Через эти крошечные полости можно наблюдать «клей», который удерживает частицы вместе. Мы не вмешиваемся в процесс, а просто фиксируем естественные движения хлопьев», — объяснила аспирантка Микаэла Гошкова.

В этих резонаторах сталкиваются две противоположные силы: эффект Казимира, притягивающий частицы друг к другу, и электростатическое отталкивание, возникающее в солевом растворе и не позволяющее им слипнуться. Когда силы достигают равновесия, хлопья «самособираются», образуя устойчивую структуру.

«Мы до конца не понимаем все принципы самосборки на наноуровне. Если научимся их контролировать, это даст ключ к управлению структурой материи и даже поможет понять, как формируются галактики», — отметила исследовательница.

Созданная учеными система — результат многолетних работ. Ранее они показали, что две золотые пластинки могут самостоятельно образовывать оптический резонатор, а теперь превратили это открытие в метод изучения фундаментальных взаимодействий.