html текст
All interests
  • All interests
  • Design
  • Food
  • Gadgets
  • Humor
  • News
  • Photo
  • Travel
  • Video
Click to see the next recommended page
Like it
Don't like
Add to Favorites

Ученые впервые измерили силу Казимира между проводящими сферами


J. Munday et al. / Phys. Rev. Lett.

Эффект Казимира может возникать не только между двумя зеркалами, но и между проводящими телами произвольной формы. Американские физики с помощью атомно-силового микроскопа впервые измерили силу Казимира между двумя золотыми сферами радиусом несколько десятков микрометров и определили ограничения на приближение PFA, в котором обычно вычисляют эту силу. Статья опубликована в Physical Review Letters, кратко о ней сообщает Physics.

Современная физика утверждает, что окружающее нас пространство никогда не бывает пустым. Если вы вынесете из своей комнаты стол и стулья, выкрутите лампочки, выкачаете из нее весь до последней молекулы воздух — словом, создадите в ней вакуум, в котором нет ни частиц, ни полей, — даже в этом случае в комнате постоянно будут возникать и сразу же аннигилировать пары виртуальных частиц. Например, фотонов. Подобные процессы связаны с флуктуациями связанных с частицами полей (в случае фотонов это электромагнитное поле) и обычно не приводят ни к каким заметным эффектам, поскольку время жизни пары виртуальных частиц очень мало. Оценить это время можно с помощью соотношения неопределенностей Δt ∙ ΔE ~ ħ, где ΔE — это энергия пары, а ħ — приведенная постоянная Планка.

Однако в некоторых случаях флуктуации полей оказываются ограничены какими-то дополнительными условиями, которые накладываются на вакуум. Например, между двумя параллельными проводящими плоскостями (проще говоря, зеркалами) флуктуации электромагнитного поля не могут быть произвольными — они усиливаются или подавляются в зависимости от того, совпадает их частота с резонансной частотой системы или нет. В результате между зеркалами возникает эффективная сила, называемая силой Казимира в честь открывшего этот эффект в 1948 году голландского физика Хендрика Казимира. К сожалению, сила эта очень маленькая, и на практике измерить ее сложно: давление, создаваемое эффектом Казимира, становится сравнимым с атмосферным только при расстоянии между плоскостями около десяти нанометров. Тем не менее, такие измерения были проведены, и эффект Казимира был качественно подтвержден, а впоследствии измерен более точно.

Однако конфигурация с двумя плоскостями не единственная, в которой возникает сила Казимира. В действительности эта сила должна возникать между проводящими телами произвольной формы, находящимися достаточно близко друг от друга (величина силы Казимира обратно пропорциональна четвертой степени расстояния). Для теоретических оценок силы Казимира в этом случае используется приближение PFA (proximity force approximation), в котором объекты представляются как наборы параллельных проводящих плоскостей, взаимодействующих друг с другом. Тем не менее, это приближение может быть не всегда оправдано, поэтому необходимо провести эксперименты, в которых сила между объектами сложной формы будет измерена напрямую. К сожалению, в таких экспериментах очень важно контролировать не только расстояние между объектами, но и их сдвиги относительно друг друга в перпендикулярной плоскости, что очень сложно. Пока что ученым удалось измерить силу Казимира и рассчитать поправки к приближению PFA для проводящей сферы, подвешенной на некотором расстоянии от проводящей плоскости.

Схема установки (слева) и изображение нижней сферы, полученное с помощью атомно-силовой микроскопии (справа)

J. Munday et al. / Phys. Rev. Lett.


В новой статье группа ученых под руководством Джереми Мандея (Jeremy Munday) сообщает об измерении силы Казимира между двумя стеклянными шариками, покрытыми тонкой золотой оболочкой — то есть между проводящими сферами. Одна из сфер была прикреплена к подложке атомно-силового микроскопа и «сканировалась» с помощью второй сферы, закрепленной на его игле. Управляя сканирующей сферой и следя за откликом микроскопа, физики добились того, что сферы оставались выровнены друг относительно друга с погрешностью не больше одного процента от их радиусов в течение более чем 24 часов наблюдений. Расстояние между сферами регулировалось с помощью пьезоэлектрического преобразователя, прикрепленного к подложке. Всего ученые провели измерения для четырехсот различных значений расстояния в диапазоне от тридцати нанометров до четырех микрометров. Радиусы исследуемых сфер менялись от 29 до 47 микрометров.

Зависимость силы Казимира (красные точки) и гидродинамического притяжения (синие) от расстояния между сферами

J. Munday et al. / Phys. Rev. Lett.


В результате исследователям удалось определить, как производная силы Казимира зависит от расстояния между сферами. Для этого ученые заставляли осциллировать подложку с частотой около двухсот герц и измеряли отклик микроскопа. Правда, ученые не откачивали воздух из установки, а потому им пришлось вычитать из экспериментально определенных значений силу гидродинамического притяжения сфер. Тем не менее, после корректировки экспериментальные данные довольно хорошо согласовались с теоретическими расчетами, выполненными в приближении PFA. Это позволило ученым получить ограничения на поправки, которые необходимо добавлять к теоретическим расчетам. В зависимости от расстояния между сферами величина производной силы Казимира составляла от 10−6 до 10−3 Ньютонов на метр.

Зависимость силы Казимира от расстояния между сферами для трех различных радиусов нижней сферы. Цветными точками отмечены экспериментальные данные, сплошной черной линией — результаты теоретических расчетов. Внизу (картинки d-f) показано, каким радиусам сканирующей сферы отвечают точки разных цветов.

J. Munday et al. / Phys. Rev. Lett.


В прошлом году физики из США и Китая создали микросхему, в которой эффект Казимира работает в обратную сторону: изготовленные учеными пластины отталкивались при сближении, а не притягивались. Этого эффекта удалось достичь, создавая на пластинах множество наноразмерных Т-образных зубьев.

Дмитрий Трунин

Читать дальше
Twitter
Одноклассники
Мой Мир

материал с nplus1.ru

1

      Add

      You can create thematic collections and keep, for instance, all recipes in one place so you will never lose them.

      No images found
      Previous Next 0 / 0
      500
      • Advertisement
      • Animals
      • Architecture
      • Art
      • Auto
      • Aviation
      • Books
      • Cartoons
      • Celebrities
      • Children
      • Culture
      • Design
      • Economics
      • Education
      • Entertainment
      • Fashion
      • Fitness
      • Food
      • Gadgets
      • Games
      • Health
      • History
      • Hobby
      • Humor
      • Interior
      • Moto
      • Movies
      • Music
      • Nature
      • News
      • Photo
      • Pictures
      • Politics
      • Psychology
      • Science
      • Society
      • Sport
      • Technology
      • Travel
      • Video
      • Weapons
      • Web
      • Work
        Submit
        Valid formats are JPG, PNG, GIF.
        Not more than 5 Мb, please.
        30
        surfingbird.ru/site/
        RSS format guidelines
        500
        • Advertisement
        • Animals
        • Architecture
        • Art
        • Auto
        • Aviation
        • Books
        • Cartoons
        • Celebrities
        • Children
        • Culture
        • Design
        • Economics
        • Education
        • Entertainment
        • Fashion
        • Fitness
        • Food
        • Gadgets
        • Games
        • Health
        • History
        • Hobby
        • Humor
        • Interior
        • Moto
        • Movies
        • Music
        • Nature
        • News
        • Photo
        • Pictures
        • Politics
        • Psychology
        • Science
        • Society
        • Sport
        • Technology
        • Travel
        • Video
        • Weapons
        • Web
        • Work

          Submit

          Thank you! Wait for moderation.

          Тебе это не нравится?

          You can block the domain, tag, user or channel, and we'll stop recommend it to you. You can always unblock them in your settings.

          • nplus1.ru
          • физика
          • ученые
          • эксперименты
          • домен nplus1.ru

          Get a link

          Спасибо, твоя жалоба принята.

          Log on to Surfingbird

          Recover
          Sign up

          or

          Welcome to Surfingbird.com!

          You'll find thousands of interesting pages, photos, and videos inside.
          Join!

          • Personal
            recommendations

          • Stash
            interesting and useful stuff

          • Anywhere,
            anytime

          Do we already know you? Login or restore the password.

          Close

          Add to collection

             

            Facebook

            Ваш профиль на рассмотрении, обновите страницу через несколько секунд

            Facebook

            К сожалению, вы не попадаете под условия акции