Управлять мельчайшими объектами можно с помощью эффекта Казимира

Об эффекте Казимира говорят тогда, когда имеют дело с явлениями квантовой природы. Он заключается в том, что два незаряженных тела взаимно притягиваются, когда на них действуют квантовые флуктуации фотонов в вакууме. Это явление является потенциальной опорой для создания вечного двигателя и даже космических путешествий в будущем.

Сегодня учёные применяют эффект Казимира для контроля, осуществляемого за тонкой мембраной. С его помощью можно удерживать, перемещать и контролировать добротность и напряжение мембранный пластинки. Это необходимо, прежде всего, для того, чтобы осуществлять управление системами резонаторов дистанционно, причём с отсутствием энергетических потерь. Поскольку абсолютного вакуума в нашем мире не существует (что подтверждается квантовой теорией поля), то в пространстве всегда будет наблюдаться непрерывное рождение и уничтожение частиц и античастиц, в частности, фотонов. Говоря о последних, они будут иметь произвольную частоту, но ими можно управлять, накладывая определённые ограничения.

Рассматривая часть пространства между двумя пластинами, расположенными параллельно друг другу, можно наблюдать рождение одного фотона с частотой, равной длине стоячей волны, возможной между этими слоями. Подобное ограничение будет наблюдаться исключительно между пластинами, в то время как снаружи виртуальных фотонов будет больше. Внешние стенки проводников будут подвергаться давлению электромагнитного поля, что приведет к повышению давления на внутренние стенки. Это создаст явление, называемое эффектом Казимира — пластинки будут притягиваться. Распространяя этот эффект на тела различных форм и проницаемости в условиях ненулевых температур, можно наблюдать настоящие термические фотоны, порождающие флуктуацию электромагнитного поля. Объяснить это явление квантовой природой не получится — оно будет термическим.

Ученые решили провести эксперимент, используя в качестве проводников тонкие пластинки нитрида кремния, имеющие металлическое напыление, и располагая их рядом с мембраной микроволнового резонатора. Благодаря тому, что расстояние между пластинами было крайне мало (около) микрометра, можно было легко управлять силой Казимира: уменьшая зазор, учёные повышали силу притяжения. Специальные измерительные приборы помогли установить силу Казимира, а электрод, помещенный внутрь конструкции, позволял менять напряжение между мембраной и резонатором, определять частоту колебаний и изменять добротность.

Данное исследование, основанное на эффекте Казимира, очень важно для будущих разработок оптических и механических систем.

---

Бренды по теме

Bruker A&D