Siła Casimira

Fizycy z Laboratoriów Bella Lucent skonstruowali mikroskopijną huśtawkę poruszającą się pod wpływem sił kwantowych. Posłuży ona do budowy nanoczujników i przekaźników optycznych.

Fizycy z Laboratoriów Bella Lucent Technologies skonstruowali mikroskopijną huśtawkę poruszającą się pod wpływem siły, której istnienie przewiduje mechanika kwantowa - powszechnie akceptowana teoria naukowa, opisująca zachowanie atomów i jeszcze mniejszych cząstek. Mikroskopijna huśtawka jest osiągnięciem fizyków prowadzących badania nad systemami mikroelektromechanicznymi (MEMS), czyli miniaturowymi układami, które są niezbędne do budowy różnych urządzeń - od skomplikowanych przełączników optycznych używanych w nowoczesnych sieciach teleinformatycznych, po siłowniki wyzwalające poduszki powietrzne. "Bazując na naszej wiedzy o systemach mikroelektromechanicznych, przeprowadzamy eksperymenty wykazujące, które ze słabo jeszcze zbadanych zjawisk kwantowych mają zastosowanie w działaniu bardzo małych urządzeń" - powiedział Federico Capasso, wiceprezes Laboratoriów Bella ds. badań fizycznych, członek zespołu, który skonstruował huśtawkę.

Jak głosi mechanika kwantowa, nawet w pustej przestrzeni (próżni) występuje pewna energia, znana jako energia próżni lub energia punktu zerowego. Model ten różni się od klasycznego rozumienia próżni jako całkowicie pustej przestrzeni, w której brak jakiejkolwiek energii. W opisie kwantowym w próżni unoszą się chmury wirtualnych fotonów wytwarzających bezustannie oscylujące pola elektromagnetyczne. W 1948 r. holenderski fizyk Hendrik Casimir przewidział, że energia próżni powinna powodować wzajemne przyciąganie się dwóch, umieszczonych bardzo blisko siebie, nie naładowanych płytek metalowych. Fizycy dokonali pierwszego precyzyjnego pomiaru tej zagadkowej "siły Casimira" dopiero w 1997 r.

Naukowcy z Laboratoriów Bella doszli niedawno do wniosku, że siła Casimira może zostać wykorzystana do wychylania elektromechanicznej mikrohuśtawki - metalizowanej płytki zawieszonej na zawiasach równolegle do powierzchni krzemowego chipu. Następnie tuż nad huśtawkę opuścili wiszącą na drucie pozłacaną kulę - wtedy układ eksperymentalny uzyskał cechy zbliżone do układu dwóch równoległych płytek; zgodnie z teorią Casimira huśtawka została przyciągnięta do kuli. Oznacza to, że zjawiska mechaniki kwantowej odgrywają istotną rolę w systemach mikroelektromechanicznych, w których odległość między poszczególnymi elementami mierzy się w nanometrach, czyli milionowych częściach milimetra. Opis eksperymentu można znaleźć na stronie internetowej Science Express Web pod adresem: www.sciencemag.org/feature/express/expresstwise.shl.

"Eksperyment ten dowodzi, że można konstruować urządzenia mikroelektromechaniczne znacznie czulsze niż te znane obecnie. Techniki mikroelektromechaniczne znalazły zastosowanie nie tylko w potężnych przełącznicach optycznych; pozwalają one także na realizację pomysłów wykraczających poza dotychczasowe granice nauki, które w efekcie mogą doprowadzić do powstania nowych, wspaniałych urządzeń" - powiedział Bishop, dyrektor ds. badań mikromechanicznych w Laboratoriach Bella.

Więcej informacji: www.lucent.com