Mikä on Casimir -efekti?

Casimir -efekti viittaa pieneen houkuttelevaan voimaan, joka ilmaantuu kahden varaamattoman levyn väliin tyhjiössä. Tämä Casimir -voima on mitattavissa vain, kun levyt ovat erittäin lähellä toisiaan (useita atomin halkaisijoita). Tämän voiman ennusti hollantilainen teoreettinen fyysikko Hendrik Casimir vuonna 1948. Marcus Spaarnay vahvisti sen kokeellisesti vuonna 1958, jälleen Philipsissä Eindhovenissa, kun hän tutki kolloidisten liuosten ominaisuuksia. Tunnustettu syy Casimir-ilmiöön on levyjen välisen sähkömagneettisen kentän kvanttivakuumivaihtelut (nollapisteen vaihtelut).

Houkutteleva voima syntyy, koska kvanttiteoria osoittaa, että jopa niin sanottu tyhjiö sisältää monia virtuaalisia sähkömagneettisia hiukkasia ja antihiukkasia jatkuvassa vaihtelussa. Tätä kutsutaan tyhjiöenergiaksi. Koska levyjen välinen rako rajoittaa virtuaalisten hiukkasparien mahdollisia aallonpituuksia, levyjen välisessä tilassa on vähemmän virtuaalisia hiukkasia suhteessa niiden ulkopuoliseen tilaan. Tämä tarkoittaa sitä, että levyjen välinen energiatiheys on pienempi kuin ympäröivän tilan energiatiheys, jolloin syntyy alipaine, joka vetää levyt yhteen niin vähän.

Mitä lähempänä levyt tulevat, sitä pienempi on tyhjiöenergian tiheys. Vasta vuonna 1997 Casimir -voiman tarkka suuruus mitattiin Steve K. Lamoreaux Los Alamosin kansallisesta laboratoriosta yhdessä Umar Mohideenin ja Anushree Royn kanssa UC Riversidestä. Koska kahden rinnakkaisen levyn käyttäminen vaatisi epäkäytännöllisesti korkeita standardeja tarkkaan kohdistukseen, käytettiin levyä ja lähes täydellistä palloa. 5%: n virhemarginaalissa intensiteetin havaittiin olevan juuri se, mitä kvanttiteoria ennusti; määritellään levyjen välisen sähkömagneettisen kentän Fourier-moodien nollapisteenergiaksi.

Tietyillä materiaaleilla ja tietyissä kokoonpanoissa on osoitettu, että Casimir -vaikutus voi olla sekä vastenmielinen että houkutteleva. Näyttää siltä, ​​että Casimir-voima on liian pieni käytettäväksi hyödyllisesti mihin tahansa nykypäivän tekniikkaamme, vaikka tieto sen olemassaolosta voi olla välttämätöntä niille, jotka suunnittelevat mikromekaanisia tai nanomekaanisia robottilaitteita nykyhetkellä ja tulevina vuosikymmeninä. Jonain päivänä saattaa olla mahdollista hyödyntää Casimir -vaikutusta energian tuottamiseen, vaikka tämä päivä on hyvin kaukana ja on todennäköistä, että tehokkaampia energialähteitä löydetään ennen kuin tämä edes on mahdollista.