Тайна эффекта Казимира: новые данные

Эффект Казимира, впервые открытый в 1948 г. физиком Хенриком Казимиром (Henrik Casimir), состоит в притяжении двух проводящих незаряженных поверхностей в вакууме. Возникновение сил Казимира невозможно объяснить с точки зрения классической физики, квантовомеханическая его интерпретация также сталкивается с проблемами.

В настоящее время эффект пытаются объяснить "силами вакуума" - существованием нулевых колебаний электромагнитного поля, возникающего вблизи проводящих поверхностей. Сами эти колебания - чисто квантовомеханическое явление. Каждая из поверхностей из-за флуктуаций испытывает "радиационное" давление.

Можно объяснить эффект Казимира и с энергетической точки зрения - плотность энергии нулевых колебаний между пластинами меньше, чем снаружи, что и обусловливает притяжение пластин.

Доктор Умар Мохидин (U.Mohideen) из Калифорнийского университета в Риверсайде ранее поставил самые точные на сегодняшний день измерения силы Казимира. С помощью атомного силового микроскопа ему удалось исследовать притяжение между металлическими сферой и поверхностью и учесть вклад множества факторов, таких как электростатические заряды, неровность поверхностей и неидеальность их отражающих свойств, зависимость эффекта от температуры тел. Результаты очень хорошо согласовались с теорией, с точностью около 1%.

В нынешнем исследовании, выполненном Мохидином в сотрудничестве с российскими учеными Г.Л.Климчицкой из Северо-Западного Технического Университета (С.-Петербург) и В.М.Степаненко (Москва), и опубликованном в Physical Review Letters, удалось сделать важный шаг в понимании эффекта Казимира. Ученые показали, что притяжение возрастает с увеличением плотности заряда в проводящих поверхностях, и именно это открывает возможность регулирования эффекта.

Силу Казимира измеряли с помощью атомного силового микроскопа между сферой диаметром 0,6 мкм, покрытой слоем золота, и тонкой кремниевой пластиной, находящейся на расстоянии 70 нм. При этом использовали две пластины, одна из которых была контрольной, а другая - с различными легирующими добавками, благодаря которым плотность носителей заряда возрастала в 20 тыс. раз.

В результате оказалось, что разница в силах Казимира в этих двух случаях составляла 17 пиконьютонов (около 7% от абсолютного значения силы Казимира). Новая закономерность в проявлении сил Казимира поможет в разработке микроэлектромеханических систем, при этом будут учитываться как возможные нежелательные эффекты из-за возросшего притяжения проводящих поверхностей, так и открывающиеся перспективы для более тонкой регулировки MEMS, сообщает PhysicsWeb.

Подробная информация о новых открытиях в микромире будет представлена в разделе Исследования и разработки – RND.CNews.