Afsløring af samspillet mellem to berømte kvanteeffekter

Casimir-kraften og superledningen er to velkendte kvanteeffekter. Disse fænomener er blevet grundigt undersøgt separat, men hvad sker der, når disse effekter kombineres i et enkelt eksperiment? Nu, Delft University of Technology har skabt en mikrochip, hvor to ledninger blev placeret i umiddelbar nærhed for at måle Casimir -kræfterne, der virker på dem, når de bliver superledende.

Er vakuum virkelig tomt? Kvantemekanik fortæller os, at det faktisk sværmer med partikler. I 1940'erne, Den hollandske fysiker Hendrik Casimir og Dirk Polder forudsagde, at når to genstande placeres meget tæt på, omkring en tusindedel af diameteren af ​​et menneskehår, dette hav af 'vakuumpartikler' skubber dem sammen - et fænomen kendt som Casimir -effekten. Denne attraktive kraft er til stede mellem alle objekter og sætter endda grundlæggende grænser for, hvor tæt vi kan placere komponenter sammen på mikrochips.

Superledning er et andet velkendt kvantefænomen, også opdaget af en hollænder, Heike Kamerlingh Onnes, i begyndelsen af ​​det 20. århundrede. Det beskriver, hvordan visse materialer, såsom aluminium eller bly, lad elektricitet strømme gennem dem uden modstand ved kryogene temperaturer. I løbet af de sidste 100 år har superledere har revolutioneret vores forståelse af fysik og er ansvarlige for magnetisk leviterede tog, MR -scanninger og endda mobiltelefonstationer.

Uden for rækkevidde

Mens Casimir -effekten og superledningen begge er meget undersøgt kvantefænomener, næsten intet vides om samspillet mellem de to, og det er her, nogle fysikere tror, ​​at nogle af de næste videnskabelige gennembrud kan ligge. Casimir -styrken er endeligt demonstreret mellem forskellige materialer. Imidlertid, brug af superledere til at måle effekten er forblevet uden for rækkevidde på grund af enorme teknologiske udfordringer ved ultrakolde temperaturer.

I en ny publikation i Fysisk gennemgangsbreve , forskere fra Delft University of Technology har introduceret en ny state-of-the-art sensor for første gang. Sensoren består af en mikrochip, hvorpå to strenge er placeret i umiddelbar nærhed. Disse ledninger kan derefter afkøles til kryogene temperaturer, gør dem superledende. "Strengene har huller i midten, der fungerer som en optisk resonator, "sagde gruppeleder Simon Gröblacher." Laserlys med en bestemt bølgelængde bliver fanget der. Vi kan bruge dette lys til at måle små forskydninger mellem de to ledninger, hvilket betyder, at vi kan måle de kræfter, der virker på dem ved enhver temperatur. "

Yderligere tests

Med deres hidtil usete kraftfølsomhed, forskerne er også i stand til at undersøge nogle meget spekulative teorier om kvantegravitation ved temperaturer nær absolut nul - en hellig gral af fysik. "Vi kunne modbevise en af ​​de mere usandsynlige og kontroversielle teorier om kvantegravitation, som forudsagde, at vi skulle se en stærk Casimir-lignende effekt på grund af gravitationsfelter, der hoppede ud af superlederne, sagde Richard Norte, den første forfatter til papiret. "Vi målte ingen sådan effekt med vores nuværende følsomhed." Hvis der er en gravitationel Casimir -effekt, den er mere subtil, end denne teori forudsagde.

De nye mikrochips baner vejen for yderligere eksperimenter i et ukendt videnskabeligt område, hvor disse to berømte kvanteeffekter kolliderer. Forskerne håber yderligere at øge følsomheden af ​​deres mikrochipsensorer i den nærmeste fremtid og potentielt undersøge Casimir-effekten mellem høj temperatur superledere. Det er stadig et åbent spørgsmål, hvordan Nemlig, superledning fungerer i disse eksotiske materialer, og Casimir -eksperimenter kunne belyse den underliggende fysik.