Forskere forklarer paradokset ved kvantekræfter i nanoenheder

Forskere fra Peter den Store St. Petersburg Polytechnic University (SPbPU) har foreslået en ny tilgang til at beskrive interaktionen mellem metaller og elektromagnetiske udsving (dvs. med tilfældige udbrud af elektriske og magnetiske felter). De opnåede resultater har anvendelse i både grundlæggende fysik, og til at skabe nanoenheder til forskellige formål. Artiklen blev offentliggjort i European Physical Journal C .

Virkningen af ​​mikroenheder, der bruges i moderne teknologi, er påvirket af Casimir-kraften forårsaget af elektromagnetiske udsving. Dette er tiltrækningskraften, der virker mellem to overflader i vakuumet. En sådan interaktion mellem elektrisk neutrale legemer placeret i en afstand på mindre end en mikrometer blev teoretisk beskrevet i midten af ​​det 20. århundrede af akademiker Evgeny Lifshitz. I nogle tilfælde, imidlertid, Lifshitz' teori modsagde de eksperimentelle resultater. Et mystisk paradoks blev opdaget i processen med præcise målinger af Casimir-kræfterne i nanoenheder.

"Forudsigelserne i Lifshitz's teori var kun i overensstemmelse med måleresultaterne, hvis energitabet af ledningselektroner i metaller ikke blev taget i betragtning i beregningerne. Disse tab, imidlertid, eksisterer! Det er almindeligt kendt, at elektrisk strøm opvarmer ledningen lidt. I litteraturen, denne situation kaldes Casimir-puslespillet, " forklarer Galina Klimchitskaya, Professor ved Institut for Fysik, nanoteknologi og telekommunikation, SPbPU.

Forskerne fra Polytechnic University tog samtidig hensyn til energitabet af elektroner i metaller og nåede til enighed mellem forudsigelserne fra Lifshitz-teorien og højpræcisionsmålinger af Casimir-kraften. En ny tilgang, beskriver samspillet mellem metaller og elektromagnetiske fluktuationer, tager højde for, at der er to typer af fluktuationer:Reelle fluktuationer (svarende til de observerede elektromagnetiske felter), og såkaldte virtuelle fluktuationer, der ikke direkte kan observeres (svarende til de virtuelle partikler, der udgør kvantevakuumet).

"Den foreslåede tilgang fører til omtrent det samme bidrag fra reelle udsving til Casimir-styrken, som den almindeligt anvendte, men ændrer betydeligt bidraget fra virtuelle udsving. Som resultat, Lifshitz' teori stemmer overens med eksperimentet, mens der tages højde for energitabet af elektroner i metaller, " siger Vladimir Mostepanenko, Professor ved Institut for Fysik, nanoteknologi og telekommunikation, SPbPU.

De offentliggjorte resultater refererer til ikke-magnetiske metaller. I fremtiden, forskere planlægger at udvide resultaterne til materialer med ferromagnetiske egenskaber. Dermed, der vil være mulighed for pålidelig beregning og skabelse af flere miniature nanoenheder, der drives under indflydelse af Casimir-styrken.