211service.com
Hvordan man bygger Casimir-molekyler
Casimir-effekten er en konstant kilde til fascination for fysikere. Effekten eksisterer på grund af vakuumets kvantenatur, som er fyldt med elektromagnetiske bølger, der springer ind og ud af eksistensen.
Placer to parallelle ledende plader tæt sammen i dette vakuum, og de større bølger kan ikke passe mellem dem. Så bølgerne udenfor presser pladerne sammen. Det er den berømte Casimir-styrke, som første gang blev målt nøjagtigt i 1997.
I de senere år har fysikere imidlertid beregnet, at kombinationen af forskellige materialer i forskellige former skulle generere frastødende kræfter (selvom denne kraft endnu ikke er blevet målt).
I dag siger Alejandro Rodriguez og kammerater ved Massachusetts Institute of Technology i Cambridge, at ved omhyggeligt at vælge nanopartikler af forskellige materialer og størrelser, skulle de attraktive og frastødende Casimir-kræfter føre til en stabil konfiguration; et Casimir-molekyle, kan man sige.
I en imponerende analyse beregner Rodriguez og co Casimir-kræfterne for kombinationer af uendelige plader lavet skiftevis af silicium og siliciumdioxid, for nanopartikler og for alternerende plader og kugler.
Men deres mest interessante analyse er på kræfterne mellem teflon og silicium nanosfærer nedsænket i ethanol. Ved omhyggeligt at vælge radierne af disse kugler kan den ophænges mod tyngdekraften over en uendelig plade. Det viser sig, at kræfterne mellem partiklerne er frastødende ved adskillelser tættere på end 100 nm, men bliver attraktive, når afstanden øges.
Det er klart, at dette er en fascinerende situation, hvor sfærerne skal danne en stabil, ikke-rørende klynge. Hvad mere er, er dette et eksperiment, der kunne udføres relativt nemt i dag, forudsat at størrelsen af nanopartiklerne kan kontrolleres med den nødvendige præcision.
Det er spændende ting, men disse eksperimenter vil være fyldt med vanskeligheder. MIT-teamet anerkender, at det er berømt svært at beregne selv tegnet på Casimir-kraften i komplekse geometrier.
Det skyldes delvist, at Casimir-styrker ikke er additive som konventionelle kræfter. Så når mere end én kraft skal tages i betragtning, øges kompleksiteten af beregningerne hurtigt. (I dette tilfælde er der de frastødende og tiltrækkende kræfter mellem kuglerne såvel som den ophængende kraft over den uendelige plade.)
Derfor er det ikke nemt at generalisere effekten yderligere, måske at skabe et helt ark af stabile nanopartikler. Om den slags stabile 2D Casimir-krystal overhovedet er mulige vides ikke.
Men MIT-holdet siger, at dette teflon-silicium nanopartikelarrangement burde være et godt udgangspunkt for eksperimentel undersøgelse. Held og lykke til dem!
Et spørgsmål, som holdet ikke behandler i dette papir, er, hvad Casimir-molekyler og krystaller kan være nyttige til. Eventuelle forslag modtages med tak.
Ref: arxiv.org/abs/0912.2243 : Ikke-rørende nanopartikelklynger bundet af frastødende og attraktive Casimir-kræfter