Магнит размером с рисовое зёрнышко парит в пустоте, не касаясь стенок. Его удерживает магнитное поле сверхпроводящей ловушки — кольца, охлаждённого до такого состояния, где ток течёт без сопротивления. Парение нужно, чтобы убрать трение: без него даже слабый толчок заставляет магнит колебаться очень долго, как камертон после удара.
Но для тонких измерений даже такое остаточное дрожание — помеха. Его убирают обратной связью: сверхпроводящая катушка считывает движения магнита, а компьютер через усилитель подаёт сигнал на пьезоэлектрический толкатель. Тот дёргает ловушку в противофазе — как если бы вы, сидя в лодке, двигались навстречу волне, чтобы её погасить. Так удалось снизить размах колебаний до двух пикометров — это в сто раз меньше диаметра атома.
Температура движения упала ниже десяти милликельвинов. Для сравнения: в межзвёздном пространстве теплее — там около трёх кельвинов. Весь эксперимент спрятан в криостат растворения, который глушит внешнюю вибрацию в сто миллиардов раз. В будущем такую систему надеются охладить до квантового предела — тогда магнит будет колебаться лишь из-за принципа неопределённости, а не от посторонних толчков. Это откроет путь к детекторам гравитации, которые почувствуют притяжение предметов размером с песчинку.
как её написали авторы, на английском 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.
Размах колебаний в два пикометра настолько мал, что если бы магнит был размером с Землю, его движение было бы меньше толщины человеческого волоса.