خرزة زجاجية صغيرة معلقة في شعاع ليزر، مثل ذرة غبار في ضوء الشمس. حولها غاز مخلخل: ذرات الكريبتون والزينون وجزيئات ثقيلة من سداسي فلوريد الكبريت. تصطدم هذه بالخرزة، وكل ضربة تنقل إليها زخماً صغيراً – مثل حبة بازلاء تُقذف على ملاءة مشدودة فتجعلها ترتجف.
رصد مؤلفو الدراسة هذه الإزاحات واستعادوا قوة كل ضربة على حدة. وتبين أن تواتر الضربات يُظهر بدقة كمية الغاز المحيط: تعد الضربات فتعرف الضغط. كما يمكن من طبيعة الاهتزاز تحديد درجة حرارة سطح الخرزة. أضعف النبضات التي تمكنوا من رصدها تحمل زخماً قدره 200 كيلوإلكترون فولت مقسوماً على سرعة الضوء – أي أصغر بتريليونات المرات من زخم بعوضة طائرة.
هذا "النانوبارومتر" الحساس قد يصبح معياراً جديداً لقياس الضغط في الفراغ – دون أعمدة زئبق أو أغشية، فقط بعدّ ضربات الجزيئات. وفي المستقبل، قد تساعد هذه المستشعرات المعلقة في دراسة كيفية تفاعل الجسيمات مع بعضها على أصغر المسافات.
كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2604.18371
We experimentally demonstrate the detection of momentum transfers from individual collisions of Kr, Xe, and SF$$_6$$ with an optically levitated nanoparticle, finding good agreement with theoretical expectations. The observed event rates accurately measure the gas partial pressures, while the spectral shape provides a sensitive probe of the surface properties of the nanoparticle, including its temperature. The reconstruction of impulse signals as small as 200 keV/$$c$$ further establishes that levitated optomechanical sensors can reach the sensitivity required for precision measurements of fundamental particle interactions, and demonstrates a proof-of-principle for a primary pressure sensor based on the detection of individual gas particle collisions.
لو كانت الخرزة كرة قدم وجزيئات الغاز بحجم كرات التنس، لكان علينا عدّ حوالي مليار ضربة في الثانية لقياس الضغط بدقة.