Η δύναμη Casimir μεταξύ δυο σφαιρών

Δυο αφόρτιστοι αγωγοί που απέχουν ελάχιστη απόσταση μεταξύ τους (μικρότερη του μικρομέτρου) έλκονται ασθενώς εξαιτίας των κβαντικών διακυμάνσεων του κενού. Η μέτρηση αυτής της δύναμης, που ονομάζεται δύναμη Casimir, είναι μια πρόκληση, καθώς τα αντικείμενα πρέπει να ευθυγραμμιστούν με ακρίβεια νανοκλίμακας. Όμως οι φυσικοί έχουν ξεπεράσει αυτή τη δυσκολία χρησιμοποιώντας ένα Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης (Atomic Force Microscope, συντομογραφικά AFM), μετρώντας την δύναμη Casimir μεταξύ δυο σφαιρών για πρώτη φορά.
Η νέα αυτή προσέγγιση θα μπορούσε να οδηγήσει σε πειράματα σχετικά με την δύναμη Casimir μεταξύ σωμάτων οπιουδήποτε σχήματος, επιτρέποντας έτσι τους ερευνητές να εκτιμήσουν την επίδραση της δύναμης σε μελλοντικές τεχνολογίες νανοκλίμακας για επιταχυνσιόμετρα, μικρόφωνα, ή αισθητήρες πίεσης.
Ο Hendrik Casimir προέβλεψε το ομώνυμο φαινόμενο το 1948 βασιζόμενος σε μια θεωρητική περιγραφή δυο παράλληλων καθρεπτών. Αλλά αυτή η διαμόρφωση είναι δύσκολο να μελετηθεί πειραματικά, καθώς μικρές κλίσεις των καθρεπτών μπορούν να αλλάξουν δραματικά το μέτρο της δύναμης Casimir. Μια διάταξη επιπέδου – σφαίρας που χρησιμοποιείται στα περισσότερα πειράματα λύνει το πρόβλημα αυτό, αφού οι κλίσεις του επιπέδου ή οι πλευρικές κινήσεις της σφαίρας προκαλούν μόνο μια μικρή αλλαγή στην απόσταση των δυο αγωγών. Άλλα σχήματα, ωστόσο, είναι πολύ δύσκολο να μετρηθούν, περιορίζοντας την ικανότητα των πειραματιστών να διερευνούν και να κατανοούν τις δυνάμεις Casimir.
Ο Jeremy Munday και οι συνεργάτες του χρησιμοποιούν μια διαμόρφωση σφαιρών, συνδέοντας την μια σφαίρα με ένα υπόστρωμα και την άλλη με το AFM. Χρησιμοποιώντας την χωρικό έλεγχο σε κλίμακα νανομέτρου του AFM κατάφεραν να διατηρήσουν τις σφαίρες ευθυγραμμισμένες με ελάχιστες αποκλίσεις, γεγονός που επιτρέπει τους ερευνητές να χαρακτηρίζουν την δύναμη Casimir ως συνάρτηση της απόστασης και των ακτίνων τους. Ο Munday και οι συνεργάτες του δείχνουν επίσης ότι η ευθυγράμμιση που βασίζεται στο AFM θα επιτρέψει την ακριβή μέτρηση των δυνάμεων Casimir μεταξύ πιο περίπλοκων αντικειμένων.

πηγή: https://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.120.040401

physicsgg.me