Το φαινόμενο Casimir γίνεται κλασσικό

Πηγή: PhysicsWorld, 8 Ιανουαρίου 2008

Φυσικοί στη Γερμανία έκαναν τις πρώτες μετρήσεις του "κρίσιμου φαινομένου Casimir", ένα κλασσικό ανάλογο του παράξενου κβαντικού φαινομένου, που έλκει δύο αγώγιμες επιφάνειες σε ένα κενό. Επίσης, λένε ότι το κλασσικό φαινόμενο μπορεί να συντονιστεί εύκολα ώστε να απωθεί αντί να προσελκύει για τη μείωση της ανεπιθύμητης τριβής στις νανομηχανές.

Το κβαντικό φαινόμενο Casimir οφείλεται επειδή το κενό περιέχει πάντα ηλεκτρομαγνητικά πεδία σε διακύμανση. Κανονικά αυτές οι διακυμάνσεις είναι κατά προσέγγιση οι ίδιες παντού, αλλά δύο αγώγιμες επιφάνειες σε στενή προσέγγιση θέτουν "συνθήκες ορίου", που περιορίζουν τον αριθμό των συχνοτήτων του πεδίου μεταξύ τους. Μόνο κύματα που μπορούν να είναι πολλαπλάσια του μισού μήκους κύματος μεταξύ των επιφανειών συντονίζονται, αφήνοντας τις μη-συντονισμένες συχνότητες να σβήσουν. Το αποτέλεσμα είναι ότι το ολικό πεδίο μέσα σε ένα χάσμα μεταξύ των αγωγών δεν μπορεί να παραγάγει αρκετή πίεση ώστε να ταιριάζει με αυτή που είναι από έξω, κι έτσι οι επιφάνειες έλκονται.

Ερευνητές στο πανεπιστήμιο της Στουγγάρδης έκαναν χρήση του “μικροσκοπίου ολικής εσωτερικής ανάκλασης” για να μετρήσουν το κρίσιμο φαινόμενο Casimir

Το κρίσιμο φαινόμενο Casimir έχει την ίδια υποκείμενη αρχή, αλλά είναι ένα κλασσικό φαινόμενο που προκύπτει σε ένα υγρό μίγμα κοντά στο κρίσιμο σημείο του - το σημείο εκείνο που ορίζεται από ένα κατώφλι θερμοκρασίας και πίεσης, πέρα από τις οποίες το αέριο και οι υγρές φάσεις είναι δυσδιάκριτες. Ένα υγρό μίγμα που φτάνει προς το κρίσιμο σημείο του αρχίζει βαθμιαία να διαχωρίζεται στις περιοχές των ιδρυτικών ουσιών του, το μέγεθος και η μορφή των οποίων είναι σε διακύμανση όπως τα κβαντικά πεδία σε ένα κενό. Και όπως στο κβαντικό φαινόμενο Casimir, έτσι και δύο κοντινές επιφάνειες σε ένα τέτοιο υγρό θέτουν συνθήκες ορίου, αλλά αυτή τη φορά προτιμώντας να είναι σε επαφή με τη μία από τις ουσίες πάνω από την άλλη. Για να τηρηθούν αυτές τις συνθήκες, οι επιφάνειες προσπαθούν να περιβάλουν μια ενιαία περιοχή της κύριας ουσίας από το να έλκονται.

Το φαινόμενο προβλέφτηκε το 1978 από τους Michael Fisher και Pierre-Gilles de Gennes (που έχει πεθάνει τώρα), το κρίσιμο φαινόμενο Casimir μέχρι τώρα είχε δώσει μόνο έμμεσες ενδείξεις επειδή κανένας δεν έχει τελειοποιήσει μια τεχνική που να είναι αρκετά ευαίσθητη. Το μικροσκόπιο ατομικής δύναμης έχει τη δυνατότητα ανίχνευσης, αλλά η δοκός του είναι πάρα πολύ σκληρή. Ο Clemens Bechinger και οι συνάδελφοι του από το πανεπιστήμιο της Στουτγάρδης το κατάφεραν με τη χρήση του “μικροσκοπίου ολικής εσωτερικής ανάκλασης”, που μπορεί να ανιχνεύσει δυνάμεις κάτω από ένα femtonewton (10^-15 Ν).

Επίσης, διαπίστωσαν ότι θα μπορούσαν να μετατρέψουν την έλξη σε άπωση. Ο Bechinger λέει ότι αυτό το αντίστροφο φαινόμενο Casimir θα μπορούσε να είναι χρήσιμο στα νανοηλεκτρομηχανικά συστήματα (NEMS) για τη μείωση της τριβής που προκλήθηκε από το κβαντικό φαινόμενο Casimir.