물리학자들이 맞춤형 광학 원심분리기를 사용하여 액체 헬륨 방울 안의 분자를 회전시키는 방법을 알아냈다. 말 그대로 멋지면서도 약간 우스꽝스러운 그대로다. 브리티시 컬럼비아 대학교(UBC) 연구진이 프라이부르크 대학교의 도움을 받아 이끄는 팀은 초유체(마찰이 없는 상태의 물질로, 점성 없이 흐르는, 우주가 자랑하는 방식) 내에서 분자의 최초 성공적인 제어 회전을 보고했다.

광학 원심분리기는 헬륨 나노 방울에 박힌 분자에 회전하는 레이저 펄스를 쏘는 방식으로 작동한다. 하지만 기체에서는 이 트릭이 이미 사용된 바 있지만, 초유체는 용해된 분자가 주변 원자로 뒤덮이기 때문에 저항한다. 이 문제를 해결하기 위해 연구진은 방울에 산화질소 이합체를 도핑하고 레이저 펄스 사이에 짧은 지연을 도입하여 더 느리고 안정적인 회전을 만들어 분자가 더 협조적이게 만들었다. 그들은 이를 '회전성' 개선이라고 부른다.

"어떤 유체에 용해된 분자의 회전을 제어하는 것은 도전입니다,"라고 UBC 부교수이자 논문 저자인 발레리 밀너 박사가 말했다. "눈덩이를 만든다고 상상해보세요: 작을 때는 움직이기 매우 쉽지만, 더 많은 눈이 붙을수록 점점 더 어려워집니다." 다행히도 이 실험에서 눈은 피해를 입지 않았다. 단지 많은 레이저와 절대 영도에 가까운 액체 헬륨만 사용되었다.

이 연구는 Physical Review Letters에 게재되었으며, 이제 연구자들이 분자 회전의 방향과 속도를 직접 조절할 수 있게 되어 분자가 양자 환경과 상호작용하는 방식에 대한 새로운 창을 열었다. 팀은 회전 주파수를 변화시켜 초유체가 붕괴되는 임계점을 찾을 계획이다. 마찰이 없는 물질에도 한계가 있기 때문이다. 이 연구는 캐나다 자연과학공학연구위원회, 캐나다 혁신 재단, BC 지식 개발 기금의 지원을 받았다.