Poprvé v historii vědci změřili tepelnou Casimirovu sílu

10. 02. 2011

Částicová fyzika Casimirova síla

Casimirova síla (nebo také kvantový Casimirův jev) je pojmenována po svém nizozemském objeviteli Hendriku Casimirovi, který už v roce 1948 přišel s teorií, že dva dokonale vodivé materiály jsou k sobě ve vakuu přitahovány do té doby neznámou silou. Je to způsobeno tím, že energie elektromagnetického pole ve vakuu není nulová, ale osciluje kolem dané hodnoty, která se nazývá energie nulového bodu (zero-point energy). Tato přitažlivá síla se projevuje mezi dvěma vodiči, které jsou od sebe vzdáleny maximálně 3 µm a za určitých podmínek je silnější než gravitace. Tato teorie byla experimentálně dokázána až v roce 1997 Stevem Lamoreauxem z Washingtongské univerzity.

V roce 1955 ruský fyzik Evgeny Lifshitz předpověděl, že by měla existovat podobná síla, která na dva objekty působí teplotními fluktuacemi v elektromegneticém poli. Tato fyzikální síla byla pojmenována jako tepelná Casimirova síla, pro její podobnost s již známým fenoménem. Narozdíl od Casimirovy síly je ale detekovatelná na větší vzdálenosti, čehož využil Lamoreaux a jeho kolegové, ve spolupráci s Alexanderem Sushkovem a jeho spolupracovníky.

Při měření působení sil na velmi krátké vzdálenosti mezi objekty použili zlatem potřený povrch koule a kovové destičky. Pokud by existovala pouze Casimirova síla, naměřili by její vliv pouze do vzdálenosti 3 µm, poté by měla velmi rychle klesnout na minimum. Nicméně působení přitažlivé síly bylo naměřeno i ve vzdálenosti 7 µm, a to nemohlo být způsobeno Casimirovou silou, naopak toto chování zapadá do teorie o tepelné Casimirově síle.

Díky tomuto objevu se vědci posunuli dále ve zkoumání elektromagnetických vlastností kovů a potvrdili předpověď ruského fyzika z padesátých let. Praktické využití znalosti Casimirovy síly se předpokládá ve výrobě nanosoučástek pro počítače budoucnosti.