Efekt Casimira

Efekt Casimira

Efekt Casimira to zjawisko fizyczne przyciągania pomiędzy dwoma pozbawionymi ładunku elektrycznego płytami wykonanymi z przewodnika spowodowane różnicą ciśnienia oddziałujących na nie wirtualnych cząstek. Pierwszy raz wystąpienie tego efektu w roku 1948 przewidział duński fizyk Hendrik B. G. Casimir pracujący w laboratoriach Philipsa.

Próżnia wypełniona jest ogromną ilością cząstek, które pojawiają się i natychmiast znikają dzięki fluktuacjom kwantowym. Na Rysunku 1 wirtualne cząstki wypełniające próżnię przedstawione są różnymi kolorami, co ma reprezentować różne długości stowarzyszonych z nimi fal.

Jeżeli teraz umieścimy w niewielkiej odległości d dwie płyty wykonane z przewodnika, to będą one pełniły rolę luster rezonatora. Na zewnątrz będą pojawiały się wirtualne cząstki stowarzyszone z falami o wielu różnych długościach (na Rysunku 1 odpowiada to cząstkom oznaczonym na czerwono, zielono, niebiesko i różowo).

Pomiędzy płytami też będą powstawać wirtualne cząstki. Niektóre z nich będą miały długość stowarzyszonej fali ? równą d lub d/2, d/3 itd., czyli długości kolejnych fal harmonicznych. Podobnie jak w strunie gitarowej fale o takich długościach zostaną wzmocnione (rezonans). Fale o innych długościach będą bardzo silnie tłumione. Na Rysunku 1 tłumienie dotyczy cząstek „niebieskich” i „zielonych”. Te „różowe” i „czerwone” mogą swobodnie pojawiać się i znikać pomiędzy płytami z przewodnika.

Wirtualne cząstki podobnie jak cząstki gazu wywierają na wszystkie zanurzone w nich ciała pewne ciśnienie. Ciśnienie wywierane przez „czterokolorową” mieszaninę cząstek będzie większe, bo od jednostkowej powierzchni płyty odbija się ich więcej, niż dla „dwukolorowej” mieszaniny

Różnica ciśnień zaowocuje powstaniem siły Casimira Fc. Jeżeli teraz przełożymy całe zjawisko na odpowiednie równania mechaniki kwantowej, to otrzymamy zależność

{F_c} = frac{A hbar c pi^2}{240 d^4}

gdzie:

A ? powierzchnia płyt,

hbar ? h kreślone,

c ? prędkość światła,

? ? liczba Pi,

d ? odległość pomiędzy płytami w metrach.

Wzór ten jest prawdziwy tylko dla płyt wykonanych z idealnie gładkiego przewodnika, który pracuje jak lustro odbijające fale o wszystkich długościach bez strat. Dodatkowym warunkiem jest ochłodzenie płyt do temperatury zera absolutnego.

Efekt Casimira jest obserwowalny dopiero wtedy, kiedy odległość między płytami jest mniejsza od milionowej części metra (1 ?m). Nawet w takiej sytuacji siła pomiędzy płytami o powierzchni metra kwadratowego jest rzędu dziesięciomilionowej części newtona (10-7N). Efekt Casimira jest wyraźnie obserwowalny w mikroskali.

Pierwsze próby pomiaru siły przyciągania wywołanej efektem Casimira wykonał w roku 1958 Marcus Spaarnay w Laboratorium Philipsa w Eindhoven. Jednak ówczesna technologia nie była w stanie potwierdzić istnienia tak nikłego oddziaływania. Dopiero w roku 1997 Steve Lamoreaux pracujący na Uniwersytecie im. Waszyngtona (ang. University of Washington) w Seatle zdołał dokonać pomiarów potwierdzających teorię z błędem rzędu 5%.

Rozwój technologii MEMS spowodował wkroczenie stosowanej techniki w obszar działania efektu Casimira. Siły pojawiające się na skutek oddziaływania próżni stają się wyraźne dla obiektów mających rozmiary rzędu mikrometrów. Pracujący na Uniwersytecie Kalifornijskim w Riverside (ang. University of California at Riverside) Umar Mohideen wraz z zespołem naukowców w roku 2002 wykonał kolejne doświadczenie potwierdzające efekt Casimira. z błędem 1%.

Źródło: wikipedia.org

hastagi na stronie:

#zjawisko fizyczne #efekt casimira #efekr cassimira #efekt kasimira #efekt kazimira #Fizyka lwantowa cz 1czy duchy istnieja #zjawiska dizyczne #zjawisko casimira

Authors

Related posts

Top