【物理學家解決卡西米爾難題】

明道

【物理學家解決卡西米爾難題】

 

 

卡西米爾測量的黃金標準

物理學家在美國的卡西米爾力 - 影響小的距離相隔的對象 - 應該如何計算兩個金屬物體可能已經結束了十年之久的辯論。

他們說，所謂的Drude模型，將金屬彈子球般的正離子和電子，勝過了“等離子模式”，即假設在一個固定的晶格的正離子電子移動的集合。

了解如何確定力，可以發揮重要的作用，在設計的微米和納米大小的機器。

卡西米爾力預計於1948年由荷蘭物理學家亨德里克·卡西米爾，他認為會發生什麼時，兩個不帶電的，完美的導電金屬板被放置在真空彼此相對。

根據量子力學，在真空中的電磁場的能量是不為零，但連續一定的平均值附近波動。

但是，共振意味著只有某些波長將存在由一個特定的距離隔開的兩個板之間。

卡西米爾摸索出的是，板外面的字段的輻射壓力將趨於稍微大於板之間，這將因此被吸引到另一個。

由於它是如此的渺小，卡西米爾力證明非常難以衡量的，它是史蒂夫·Lamoreaux，然後在美國華盛頓大學，直到1997年，第一家實驗證明，卡西米爾的理論。

一個重要的奧秘仍然，雖然Lamoreaux和其他以來取得了較好的測量，就如何卡西米爾力，應計算為現實的對象。

較大的差距，弱力儘管已作出了成功的Casimir測量兩個金表面之間，但問題是，黃金是不完美的導體 - 這意味著，電磁輻射能夠穿透到金屬中的一個有限的距離。

表面之間的差距實際上是更大的力量弱於金屬如果是一個完美的指揮和Thorsten Emig解釋說，大學Paris Sud酒店，卡西米爾力的專家並沒有參與這個最新的工作。

血漿和Drude模型善於描述如何的短波長光與金屬表面相互作用 - ，因此可以被用於計算Casimir力在相對短的分離小於約1μm。

然而，在較大的分離，不同的模型。

等離子體模型預測，“靜態橫向”電動模式下的電磁場內的卡西米爾力的差距，而Drude模型說，它沒有。

不幸的是，物理學家們能夠使用一台設備來測量卡西米爾力足夠大的範圍的距離來決定哪一種模式效果最好，在所有離職。

德魯德效果最好

Lamoreaux，誰現在是在耶魯大學，香港唐和他的同事們聯手，在最廣泛的範圍內的距離測量卡西米爾力 - 從100納米到2微米。這樣一來，隊是首次表明，Drude模型最好的長和短距離。

卡西米爾最初制定他的理論，平行板，實際測量這樣的力量是非常複雜的，因為它是非常困難的對齊板進行實驗。

lamoreaux在1997年的突破涉及測量的力之間的金屬板和一個金屬球體 - 安排不需要精確對準。

他的最新的實驗涉及測量的力之間的金覆蓋的球體半徑為4毫米的一個非常薄的膜的矽氮化物，也塗有金。

只有幾百納米厚的膜，和黃金塗層為200 nm認為。

所得到的金表面的一個重要特徵是，它是扁平，範圍為3納米在整個膜，它是一個方形與兩側測量1毫米的。

振動膜

該膜被拉伸整個矽幀，這是使用的壓電致動器的振動的鼓狀。

甲測量是通過使球體在約1微米的金表面，同時監測的膜中使用的光纖干涉儀的振動。

Casimir力的存在下，可以檢測出其效果如何膜振動，測得的力，通過改變從約100nm至2μm之間的分離。

從理論上講，在金屬表面上的所有點應該是在相同的電勢，但在實踐中在表面上吸附的分子，使潛在的，這樣它可以影響力的測量 - 特別是在比較大的分離而異。

為了允許這種效果，該球隊光柵掃描球體跨越幾個膜作為位置的函數的測量的表面電位。

這使研究人員能夠選擇膜與卡西米爾測量的最小變化。從掃描中的信息也被用來校正在測量過程中的空間變化。

Drude模型描述的卡西米爾力是最好的，該研究還揭示了在整個表面電位變化在卡西米爾測量中發揮的重要作用。

事實上，該球隊表明下一個重要步驟在卡西米爾測量將是映射在球體的表面上的電勢變化。

如果成功，這將允許進行測量，以在更大的分離，這是一件好事，Lamoreaux看到在我們了解的卡西米爾力的一個重要步驟。

實驗中描述的“物理評論快報”。

關於作者

麥高約翰斯頓是編輯器的physicsworld.com

 

引用：http://physicsworld.com/cws/article/news/2012/jul/18/physicists-solve-casimir-conundrum