Обнаружена отрицательная сила Казимира

Американские и шведские ученые продемонстрировали, что сила Казимира, действующая на два объекта в вакууме, может меняться в зависимости от окружения предметов. В частности, она может быть обращена вспять, когда принимает отрицательные значения. Результаты работы были опубликованы в Physical review B.

«До сегодняшнего дня между двумя подобными объектами наблюдали только притягивающую силу Казимира, — комментирует Франк Вильчек, физик Аризонского государственного университета. — Наша команда приняла решение установить, может ли сила принимать отрицательные величины».

Флуктуации поля — это случайные колебания его энергии. Даже для вакуума вблизи абсолютного нуля известны спонтанные проявления энергии амплитудой до половины энергии фотона. В 1950-е годы голландский физик-теоретик Хендрик Казимир предсказал взаимное притяжение проводящих незаряженных тел как раз под действием флуктуаций вакуума. Позже эффект был продемонстрирован на системе из двух параллельных незаряженных металлических зеркал.

Лучшей аналогией эффекта послужило наблюдение французских моряков XVIII века. Если два корабля оказывались на расстоянии 40 метров в сильные волны и слабый ветер, то интерференция волн между кораблями приводила к их гашению, в то время как морские волны с внешних бортов продолжали давить. Разница сил приводила к сближению кораблей. Сегодня по такому же механизму в океане образуются мусорные острова.

Чтобы создать отталкивающиеся пластины, Вильчек и Цин-Дун Цзян, постдокторант Университета Стокгольма, поместили между ними материал, порождающий хиральные фотоны. Это значит, что направление движения одного из них совпадает с внутренним моментом вращения частицы (спином), а другого — не совпадает. Ученые рассчитали силу Казимира для двух хиральных сред при различных температурах.

Результаты эксперимента показали, что сила может быть настроена изменением расстояния между пластинами или переменой силы прилагаемого магнитного поля. Внесение таких корректировок может вызывать очень высокие значения силы отталкивания между пластинами в хиральной среде.

«Ключом к наблюдению отталкивающих сил Казимира между подобными объектами является введение промежуточного хирального материала между ними, — утверждает Вильчек. — Хиральная сила Казимира имеет несколько отличительных особенностей: она может быть колебательной, ее величина может быть большой, и она может изменяться в ответ на внешние магнитные поля».

Ученые надеются, что открытие позволит физикам и инженерам, заинтересованным в полупроводниках и наноустройствах, разработать новый способ исследования различных квантовых свойств.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.