Ученым впервые удалось измерить значение вращающего момента Казимира
Исследователям из университета Мэриленда впервые в истории науки удалось измерить значение физического эффекта, существование которого было предсказано 40 лет назад и который носит название вращающий момент Казимира.
Когда в глубоком вакууме очень близко друг к другу помещаются две крошечные частички, размером не более одного микрона, они притягиваются друг к другу, эффект этого притяжения известен под названием эффекта Казимира. Вращающий момент Казимира связан с этим явлением и вызывается теми же самыми квантовыми электромагнитными эффектами. Под воздействием вращающего момента Казимира крошечная частица, находящаяся вблизи поверхности металлического материала в вакууме, начинает вращаться. Но сила, создаваемая вращающим моментом Казимира столь мала, что до последнего времени было очень трудно измерить ее абсолютное значение.
Для проведения измерений ученым пришлось создать сложную установку, чувствительными элементами которой являются жидкие кристаллы, кристаллы, подобные тем, что используются в жидкокристаллических дисплеях. Жидкие кристаллы были расположены на удалении всего 10 нанометров от поверхности большего твердого кристалла. Регистратором движения жидких кристаллов являлся специальный поляризационный микроскоп, при помощи которого можно точно измерить положение оптической оси жидких кристаллов.
Жидкие кристаллы являются идеальными датчиками, так как они крайне чувствительны к воздействию любых внешних сил, а то, что они поляризуют проходящий сквозь них свет, дает возможность точно определить их положение в любой момент времени. Поляризационный микроскоп видит каждый пиксель жидких кристаллов, как светлую или темную точку в зависимости от положения оси самих кристаллов. И любой изменение этого положения приводит к изменению яркости пикселя, что моментально регистрируется микроскопом.
Ученые использовали несколько различных типов частиц и кристаллов для измерения точных значений сил, создаваемых вращающим моментом Казимира. Было обнаружено, что эти силы сильно зависят от вида материала, из которого изготовлены частицы, и каждый из материалов имеет свою уникальную «подпись» с точки зрения этих сил.
Знание точных значений сил, связанных с эффектом Казимира, имеет значение не только с научной точки зрения. Силы эффекта и вращающего момента Казимира могут быть использованы для приведения в действие наноразмерных частей и узлов крошечных машин, которые, в свою очередь, могут являться узлами машин и механизмов более крупного масштаба. «В традиционных машинах вращающий момент создается и передается при помощи двигателей, коленчатых, карданных валов и т.п.» - пишут исследователи, - «Вращающий момент Казимира может делать все то же самое на наноразмерном уровне».
И в заключение стоит отметить, что исследовательская группа из университета Мэриленда уже провела целый ряд исследований и измерений сил, связанных с различными видами проявлений эффекта Казимира. Они измерили силы отталкивания, возникающие между двумя сферами, силы притяжения между частицами из различных материалов. В ходе каждого эксперимента исследователи изобретают новые или усовершенствуют существующие методики измерений, что позволило им, в конце концов, измерить и вращающий момент Казимира. «Во Вселенной находится очень много самых сложных вещей, о некоторых из которых нам уже известно достаточно много» - пишут исследователи, - «И изучение фундаментальных эффектов, подобных эффекту Казимира, позволяет постепенно заполнять пробелы в наших знаниях, в первую очередь, о природе вакуума, который не так пуст, как кажется с первого взгляда».
Dailytech