Физики обнаружили странные силы, воздействующие на наночастицы в микроскопическом мире
Ученые-физики из университета Нью-Мексико (University of New Mexico), Королевского колледжа в Лондоне (King’s College London), Великобритания, и Института фотонных наук (Institute of Photonic Sciences), Испания, во время проведения совместных исследований столкнулись с проявлением весьма странных сил, воздействующих на наночастицы на самом маленьком уровне материального мира. Согласно результатам более тщательных исследований эти силы имеют отношение к пограничной области, находящейся на стыке нанофотоники, квантовой механики и классической физики.
А за появление этих сил несет ответственность эффект Казимира.
Эскиз исследуемой системы. Сферическая наночастица с радиусом R вращается с угловой частотой ? на расстоянии d от центра к поверхности над плоской поверхностью. Из-за вращения частица испытывает боковую силу Fy
© Alejandro Manjavacas, Francisco J. Rodriguez-Fortuno, F. Javier Garcia de Abajo, and Anatoly V. Zayats
Напомним нашим читателям, что эффект Казимира заключается в возникновении сил притяжения между двумя объектами, находящимися в вакууме на небольшом расстоянии друг от друга. Эти силы имеют не гравитационную природу, они возникают за счет колебаний электромагнитных волн, вызванных квантовыми флуктуациями в вакууме.
Эти флуктуации, с точки зрения квантовой теории пространства, возникают за счет появления в вакууме и исчезновения огромного количества «виртуальных» частиц. Несмотря на очень малое время нахождения этих частиц в обычном пространстве, они успевают создать малые, тем не менее, ощутимые, силы давления на поверхность объектов.
«Поскольку мы занимаемся постоянным развитием области нанотехнологий, мы начинаем вторгаться на те уровни расстояний и размеров объектов, где подобные квантовые явления начинают доминировать над силами и явлениями из области классической физики» — рассказывает Алехандро Манхавакас (Alejandro Manjavacas), ученый-физик из университета Нью-Мексико, — «И на этом масштабе силы Казимира оказывают достаточно ощутимое воздействие на наночастицы, которые из-за этого демонстрируют весьма странное поведение».
Представьте себе крошечную сферическую наночастицу, вращающуюся над плоской поверхностью. С точки зрения классической физики, для того, чтобы эта сфера начала двигаться относительно поверхности, необходим контакт этой частицы с поверхностью.
Однако, наномир уже не подчиняется полностью законам обычной физики и за счет торможения вращения наночастицы из-за столкновений ее с «виртуальными» квантовыми частицами, она начинает двигаться относительно поверхности, не входя с ней в контакт.
«Наночастица испытывает воздействие боковых сил, словно она входит в контакт с поверхностью. Но на самом деле ее и поверхность разделяет небольшой промежуток» — рассказывает Алехандро Манхавакас, — «Это все представляет собой проявление странных квантовых сил и явлений, тем не менее, ученые и инженеры-нанотехнологи должны будут учитывать подобное в своей дальнейшей работе».
В настоящее время данное открытие еще кажется не очень четким и не до конца обоснованным. Тем не менее, при его помощи можно объяснить некоторые из странных эффектов, наблюдаемых учеными, ведущими исследования на самом мелком масштабе физического мира.
А тот факт, что направлением странных сил, воздействующих на наночастицы, можно управлять, изменяя расстояние между наночастицей и поверхностью, позволит разработать и изготовить новые наноразмерные устройства, использующие данный эффект в своих целях.
Статья опубликована в Physical Review Letters
Источник: dailytechinfo.org
