مغناطيس بحجم حبة أرز يطفو في الفراغ دون أن يلمس الجدران. يمسكه مجال مغناطيسي من مصيدة فائقة التوصيل — حلقة مبرَّدة إلى حالة تتدفق فيها الكهرباء دون مقاومة. الطفو ضروري لإزالة الاحتكاك: بدونه، حتى دفعة ضعيفة تجعل المغناطيس يتأرجح لفترة طويلة جدًا، مثل شوكة رنانة بعد ضربة.
ولكن بالنسبة للقياسات الدقيقة، حتى هذا الاهتزاز المتبقي يشكل إزعاجًا. يتم إزالته بالتغذية الراجعة: ملف فائق التوصيل يقرأ حركات المغناطيس، وجهاز كمبيوتر عبر مضخم يرسل إشارة إلى دافع كهرضغطي (piezoelectric actuator). هذا الدافع يهز المصيدة في طور معاكس — كما لو كنت جالسًا في قارب وتتحرك عكس الموجة لإخمادها. هكذا تمكنوا من تقليل سعة الاهتزازات إلى بيكومترين — وهذا أصغر بمئة مرة من قطر الذرة.
انخفضت درجة حرارة الحركة إلى أقل من عشرة ميلي كلفن. للمقارنة: في الفضاء بين النجوم يكون الجو أدفأ — حوالي ثلاثة كلفن. التجربة بأكملها مخفية في مبرد تخفيف (dilution refrigerator) يخمد الاهتزازات الخارجية بمئة مليار مرة. في المستقبل، يأملون في تبريد هذا النظام إلى الحد الكمومي — عندها سيتأرجح المغناطيس فقط بسبب مبدأ عدم اليقين، وليس بسبب دفعات خارجية. هذا سيفتح الطريق أمام كاشفات جاذبية تستشعر جاذبية أجسام بحجم حبة رمل.
كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2605.28479
Due to their exceptional isolation from the environment, magnetically levitated particles are explored as extremely sensitive mechanical sensors. For future gravity experiments on quantum superpositions, such systems need to be cooled close to their ground state. To demonstrate the combination of state of the art vibration isolation, milligram levitated high Q mechanical resonators and position detection with low noise, we present linear feedback cooling of a magnetically levitated gravity sensor to below 2 picometer amplitude and below 10 millikelvin mode temperature for two translational modes (the x- and y-mode) simultaneously. The sensor is a levitating permanent magnet in a type I superconducting trap, where its six resonance frequencies are measured with a superconducting coil coupled to a DC SQUID. This signal is measured with a lock-in amplifier and a feedback signal is sent to a piezoelectric actuator, allowing the cooling of resonant modes at 50.6 and 68.0 Hz simultaneously. These two translational modes have Q factors of $$3.8 \cdot 10^6$$ and $$5.5 \cdot 10^6$$ respectively. The experiment is mounted inside a dry dilution refrigerator where it is vibrationally attenuated with 110-130 dB at these frequencies. In this work, we discuss future improvements on the setup which may enable quantum ground state cooling on a magnetically levitated particle, that has previously been shown to be a gravitational sensor.
سعة الاهتزاز البالغة بيكومترين صغيرة جدًا لدرجة أنه لو كان المغناطيس بحجم الأرض، لكانت حركته أقل من سمك شعرة إنسان.