Новости науки 07.02.02. Эффект Казимира - новые эксперименты

В 1948 г. Казимир теоретически показал, что вследствие существования флуктуаций электромагнитного поля две параллельные незаряженные проводящие пластины, помещенные в вакуум, будут притягиваться. Позднее были проведены экспериментальные измерения силы притяжения между двумя незаряженными проводниками в вакууме, однако точность экспериментов, выполненных именно в вышеописанной конфигурации, была невысока, и только в прошлом году итальянским ученым удалось, наконец, провести достаточно точные измерения.

Эффект Казимира, связанный с изменением спектра нулевых колебаний при появлении определенных граничных условий (конечности объема квантования), является наглядным проявлением нетривиальной природы физического вакуума. Впервые экспериментальная проверка расчетов Казимира была проведена в 1958 г., через десять лет после их опубликования; голландские ученые измеряли силу притяжения между двумя параллельными металлическими пластинами в вакууме. Однако точность экспериментов была невысока - при кажущейся идейной простоте возникает множество проблем, связанных с необходимостью прецизионного контроля не только расстояния между пластинами (сила притяжения обратно пропорциональна четвертой степени расстояния между пластинами), но и параллельности пластин и т.д. Гораздо более удобным оказалось измерять притяжение между металлической сферой и плоскостью (подробности см. в нашей новости). Тем не менее, наибольший интерес с точки зрения ряда фундаментальных и прикладных приложений представляет именно "параллельная конфигурация". В прошлом году исследователи из Падуанского университета смогли провести достаточно точные измерения сил Казимира, действующих на две параллельные металлические пластины [1].

Рис.1. Схема эксперимента.

Итальянским ученым удалось решить две основные проблемы - обеспечить параллельность и электрическую нейтральность пластин. Параллельные пластины представляли собой металлические пленки толщиной 50 нм, нанесенные на кремниевых "бруска" размером 1.9 см x 1.2 мм (рис.1). Тонкий - толщиной 47 мкм - кремниемый брусок (cantilever) был закреплен на медном основании (support), к которому был подсоединен прецизионный шаговый двигатель; толстый (0.5 мм) кремниевый брусок (source) располагался перпендикулярно к тонкому, расстояние до тонкого бруска регулировалось с помощью линейного электроакустического преобразователя. В области "перекрытия" брусков образовывался конденсатор с площадью 1.2 x 1.2 мм². Все устройство было помещено в вакуумную камеру сканирующего электронного микроскопа, с помощью которого (до начала измерений) также производился грубый контроль положения пластин. С помощью точных электрических измерений удалось достичь того, чтобы изменение расстояния между пластинами на длине 1.2 мм не превышало 30 нм.

В эксперименте исследовалось изменение частоты колебаний кантилевера при расстояниях между пластинами в диапазоне 0.5 - 3 мкм. Собственная частота крутильных колебаний кантилевера 138 Гц, однако при наличии притяжения или отталкивания между пластинами частота должна изменяться. Положение кантилевера (расстояние от конца оптоволокна до поверхности бруска) контролировалось с помощью волоконно-оптического интерферометра, что давало возможность определять частоту колебаний. Ученые обнаружили, что при малых расстояниях между пластинами между ними действительно существует притяжение, а сила притяжения - в пределах точности эксперимента (15 %) - совпадает со значением, полученным Казимиром в 1948 г.

1. G.Bressi, G.Carugno, R.Onofrio, and G.Ruoso. Phys.Rev.Lett., v.88, 041804 (2002).

перейти к началу страницы