Lực Casimir tồn tại trong cả các chất lỏng

1.014

Các nhà vật lý Mỹ vừa đưa ra các kết quả nghiên cứu rằng lực Casimir - một hiện tượng lượng tử bí ẩn có thể hút 2 bản khi chúng ở đủ gần nhau - có thể tồn tại trong một chất lỏng.

Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra 2 bề mặt mạ vàng được nhấn chìm trong ethanol sẽ chịu một lực hút khi mà đưa lại gần nhau 200 nm tuy nhiên lại yếu hơn 2 lần so với lực được xác định trong chân không. Họ nói điều này có thể dẫn đến một hiệu ứng mới gọi là "hiệu ứng trôi nổi lượng tử" (quantum floatation effect), mà có thể sử dụng để thiết kế các sensor chính xác hơn.

Lần đầu tiên được giả thiết năm 1948 bởi Hendrik Casimir, lực Casimir xuất hiện khi 2 mặt của 2 tấm được đưa lại khoảng cách đủ gần trong chân không. Theo cơ học lượng tử, mọi trường điện tử đẩy qua lại giữa 2 tấm có thể thăng giáng liên tục về mặt cường độ. Ở khoảng cách rất nhỏ giữa hai tấm, trường này sẽ tạo ra các áp lực lên các bề mặt trung bình là lớn hơn so với nội trường trong các tấm do đó dẫn đến việc hút hai tấm về phía nhau.

Hình 1. Sơ đồ nghiên cứu lực Casimir trong môi trường ethanol (Phys. Rev. A).

Nhóm nghiên cứu của Jeremy Munday và Federico Capasso ở Đại học Harvard (Mỹ) đã chỉ ra rằng: Lực Casimir có thể tồn tại khi chân không bị thay thế bởi chất lỏng. Họ đã đính một quả cầu polystyrene được bao phủ bởi một lớp vàng mỏng vào đầu một thanh rung và treo trong bồn ethanol và đặt phía dưới là một mặt phẳng phủ vàng (hình vẽ). Sử dụng một tia Laser chiếu phản xạ trên mặt của thanh rung và ghi nhận bằng một dector quang nhạy, nhóm ghi lại cường độ lực Casimir hút lên quả bóng nhờ sự thay đổi vị trí của tia Laser phản xạ trên thanh rung.

Họ đã phát hiện ra lực có thể khi nhận khi quả bóng được đưa lại gần bề mặt ở khoảng cách 200 nm, và khi khoảng cách là 50 nm thì lực hút tăng lên 120 pm, nhỏ hơn 2 lần so với lực được ghi nhận trong chân không. Theo Munday, điều này thể hiện ethanol có tác dụng ngăn cản lực Casimir bằng cách thay đổi các mode thăng giáng của trường điện từ giữa các tấm.

Hình 2. Sự phụ thuộc của lực Casimir vào khoảng cách (Phys. Rev. A).

Gần đây, các nhà vật lý cho rằng lực Casimir có thể sử dụng để thiết kế các chi tiết cơ học, các linh kiện vi cơ nhỏ và các nhà lý thuyết thậm chí còn cho rằng có thể dùng nó để kiểm tra tính đúng đắn của định luật vạn vật hấp dẫn của Newton ở khoảng cách dưới thang milimet.

Munday phát biểu trên PhysicsWeb: Nhóm của ông đang giả thiết một dạng của "hiện tượng treo lượng tử" (quantum levitation), có thể sử dụng trong một môi trường với nhiều chất lỏng khác nhau khiến cho tấm bị đẩy thay vì bị hút. "Khi đó, một tấm sẽ đẩy vật ở phía trên trong chất lỏng," - ông giải thích - "Bởi vì các vật không có sự tiếp xúc vật lý, ma sát tĩnh hầu như bị triệt tiêu, và vật bị đẩy lên có thể phản ứng lại với cả những lực rất yếu và cho phép ta tạo ra các sensor hoặc các máy đo gia tốc nhạy cực nhạy". Các kết quả này chuẩn bị được xuất bản trên số mới nhất của Physical Review A.