Специалисты из политехнического университета Лозанны (EPFL), университета Техаса в Остине (University of Texas at Austin) и Европейской лаборатории молекулярной биологии (European Molecular Biology Laboratory) впервые точно измерили броуновское движение микроскопической частицы.
В уникальном опыте броуновское движение взвешенной в жидкости частицы микронного размера удалось записать с геометрической точностью менее одного нанометра и с временным шагом в несколько микросекунд. Такой точности измерений удалось добиться с помощью так называемого фотонного силового микроскопа.
Оказалось, броуновское движение единственной частицы происходит иначе, чем постулировал Эйнштейн сто лет назад. Потому команда исследователей предложила исправленную версию стандартной модели броуновского движения.
Эйнштейн первым рассчитал параметры броуновского движения, показав, что нерегулярное перемещение частиц, взвешенных в жидкости, вызвано случайными ударами соседних молекул, совершающих тепловое движение.
Исследователи теоретически знали: если частица является намного большей, чем окружившие её молекулы, она не будет совершать абсолютно случайное движение, которое предсказал Эйнштейн. Получив импульс от столкновения с молекулой, частица, в свою очередь, влияет на поток в жидкости, причём огромную роль тут играют и инерция жидкости, и инерция частицы.
Но до сих опр не было никакого экспериментального поддтверждения этим представлениям, на уровне единственной частицы, которое наглядно показало бы все эти эффекты.
Именно такой опыт и поставила международная команда. В нём физики увидели, что время, которое требуется частице, чтобы сделать переход от баллистического движения (после удара) до движения диффузионного — намного больше, чем предсказывала классическая теория.
Исследователи составили новую версию уравнения, описывающего броуновское движение, и отметили, что расхождение с прежней теорией наблюдается тем большее, чем к меньшим масштабам времени переходит наблюдатель.
Эти данные очень важны для исследований в ряде областей — в нанотехнологиях, например, или в биохимии, где броуновские эффекты играют огромную роль.
Читайте также о приборе, способном взвесить вирус, и о мгновенных наноножницах.
