Indiana Ülikooli-Indianapolise Purdue Ülikooli (IUPUI) töörühma teadlased mõõtsid eksperimentaalselt senisest nõrgima Casimiri efekti.
Lihtsamail kujul võib Casimiri efekti mõista kvant-elektrodünaamika otsese makroskoopilise rakendusega: vaakumis, kus on kaks laenguta dielektrikku või metallilist keha, eksisteerib, nagu ka ruumis, milles kehasid ei ole, kvantiseeritud väli ning sellega seonduv nullenergia. Kui kaht keha teineteisele lähendada, mõjutab see välja ning nullenergiat, põhjustades kokkuvõttes kehade vahel tõmbejõu.
Nimetatud jõu, mida on teatud enam kui kuuskümmend aastat, mõõtmine on seni olnud piiratud vaid lamedatele või selle lähedastele pinnageomeetriatele. Lihtsaid teoreetilisi lähendusi välistava keeruka geomeetriaga pinna Casimiri efekti on keeruline mõõta nii teoreetilises kui praktilises võtmes. Et Casimiri efektil on hulgi mikroelektromehaanilisi rakendusi, pakub efekti uurimine teadlastele huvi. Näiteks on käimas mikroelektromehaanilise transistori arendustöö.
27. septembril teadusajakirja Nature Communications veergudel avaldatud ajakirjas kirjeldab töörühm, kuidas nad avastuseni viinud mõõtmisi sooritasid ning mida tulemustest arvavad. „Jõu summutamiseks kasutatud keerukama geomeetriaga mikrokammid toimisid üle ootuste mõjusalt. Nõnda nõrka interaktsiooni pole me varem mõõtnud. Ja kogemust meil on, sest täpseimad Casimiri efekti mõõtmised on sooritatud meie laboris,“ ütles IUPUI füüsikaprofessor Ricardo Decca, üks üheksast artikli autorist. „Eelneva teadmise põhjal poleks tohtinud tõmbejõud nii palju väheneda. Püüdsime justkui kala kohast, kus seda ei tohiks olla,“ lisas Decca.
Seda, kas Casimiri efekt vaakumisse pandud kehasid ka lahku võib tõugata, teoreetilised füüsikud veel öelda ei oska. Hoolimata vastusest panustab selles suunas töötamine elektromagnetvälja töömehhanismi teooriasse ning võib viia uute väikese hõõrdeteguriga pinnakatete valmistamiseni.
Casimiri efekti mõõdeti mikroelektromehaanilise ostsillaatoriga, mille ühe haara külge kinnitati metallkattega kera ning selle kohale pisike metallist kamm. Kammi külge ühendatud optiline fiiber mõõtis kera ja kammi vahelist kaugust. Ostsillaator asus kahe elektroodi kohal. Ostsillaatori omavõnkesageduse muutumist mõõdeti mahtuvuslikult. Seejuures oli mõõtmiste üheks muutujaks kammi piide vahekaugus.
b) a) Skemaatiline joonis Casimiri jõu mõõtmise katseseadistusest. Kera on kinnitatud mikroelektromehaanilise ostsillaatori torsioonplaadile. Kera kohal on ühe moodiga valgusfiibri külge kinnitatud nanokamm. Fiibri valgussignaaliga mõõdetakse alussubstraadi ning kammi vahelist kaugust. Mikroelektromehaaniline ostsillaator andis Casimiri efekti tugevuse kohta mahtuvusliku väljundi. b-d) Skaneeriva elektronmikroskoobi pildid nanokammist.
Osutus, et lühikese kera ja kammi vahekauguse korral oli tõmbejõud tugevam siis, kui kammi piid olid tiheda paigutusega. Ent mida suurem oli kera ja kammi vahekaugus, seda rohkem tiheda piide paigutusega kamm Casimiri efekti pärssis.
Allikas: Phys.org, Nature.com
Leave a Reply