Une équipe de chercheurs de l'Université de Melbourne a réussi pour la première fois à mesurer un seul spin quantique dans un objet en rotation rapide. Dans leur article publié dans la revue Lettres d'examen physique , le groupe décrit comment ils ont réussi l'exploit difficile et comment leurs découvertes pourraient être appliquées.

En physique, le spin est défini comme le moment angulaire intrinsèque quantifié d'une particule - il n'est pas lié au spin physique de la particule. Mais dans des travaux antérieurs, les physiciens ont émis l'hypothèse que la rotation physique d'une particule devrait forcer un changement dans son état de rotation. Dans ce nouvel effort, les chercheurs ont prouvé cette théorie en réalisant une expérience compliquée.

Tester si la rotation d'une particule modifie sa rotation nécessitait de surmonter deux obstacles majeurs :comment s'assurer que tout changement de rotation était dû à la rotation de la particule par rapport à d'autres facteurs environnementaux, et comment mesurer le spin d'une particule qui tourne physiquement.

L'exercice impliquait d'abord de monter une fine tranche d'un type spécial de diamant avec des lacunes d'azote (NV) sur une base qui pouvait être tournée à 200, 000 tr/min. Les NV sont des instances d'atomes d'azote dans le réseau de carbone adjacent à une lacune. Dans ces cas, un atome reste non apparié, ce qui signifie qu'il interagit avec d'autres atomes qui l'entourent, ce qui entraîne un spin isolé. Avec le diamant d'essai, les NV étaient rares, permettant de tester isolément l'état de spin.

Pour étudier une NV particulière telle qu'elle a été filée, les chercheurs ont appliqué différents types de lumière :une impulsion de lumière verte a mis le spin dans un état d'énergie plus faible, puis une impulsion de micro-ondes a été tirée sur la particule. En mesurant la fluorescence émise, l'équipe a pu confirmer que la rotation avait changé en raison de la rotation du diamant, prouver que la théorie est correcte.

Les scientifiques attendent que la théorie soit prouvée, car le phénomène pourrait conduire au développement de dispositifs de détection de rotation à très petite échelle, comme dans les cellules ou les fluides biologiques.

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