科学家解释纳米器件“卡西米尔之谜”中的量子力悖论

时间：2022-03-26 11:58:04来源：

科学家们提出了一种新的方法来描述金属与电磁波动的相互作用。

研究人员提出了一种新方法来描述金属与电磁涨落（即电场和磁场的随机爆发）之间的相互作用。

彼得大帝圣彼得堡工业大学（SPbPU）的研究人员提出了一种新方法来描述金属与电磁涨落（即电场和磁场的随机爆发）之间的相互作用。所获得的结果具有在基础物理学中的应用以及用于各种目的的纳米器件的制造的巨大潜力。该文章发表在国际期刊《欧洲物理杂志》 C上。

现代技术中使用的微型设备的操作受电磁波动引起的卡西米尔（Casimir）力影响。这是在真空中作用在两个表面之间的吸引力。在20世纪中叶，Evgeny Lifshitz院士从理论上描述了距离小于一微米的电中性体之间的这种相互作用。但是，在某些情况下，李夫希兹的理论与实验结果相矛盾。在精确测量纳米器件中卡西米尔力的过程中发现了一个神秘的悖论。

“只有在计算中不考虑金属中传导电子的能量损失时，李夫希兹理论的预测才与测量结果相符。但是，这些损失确实存在！众所周知，电流会稍微加热电线。在文献中，这种情况称为卡西米尔难题。” SPbPU物理，纳米技术和电信研究所教授Galina Klimchitskaya解释说。

理工大学的科学家们能够同时考虑金属中电子的能量损失，并在Lifshitz理论的预测与卡西米尔力的高精度测量之间达成一致。描述金属与电磁波动的相互作用的一种新方法考虑到了两种波动：实际波动（类似于观察到的电磁场），以及不能直接观察到的所谓虚拟波动（类似于构成量子真空的虚拟粒子）。

“所提出的方法导致实际波动对卡西米尔力的贡献与常用的大致相同，但会显着改变虚拟波动的贡献。结果，Lifshitz的理论与实验相吻合，同时考虑了金属中电子的能量损失。” SPbPU物理，纳米技术和电信研究所教授Vladimir Mostepanenko说道。

发表的结果涉及非磁性金属。将来，研究人员计划将结果扩展到具有铁磁特性的材料。因此，将有机会可靠地计算和创建在卡西米尔（Casimir）力的影响下运行的更多微型纳米器件。

参考：G. L. Klimchitskaya和V. M. Mostepanenko于2020年9月29日发表的“对壳外量子涨落的另一种反应：在解决卡西米尔难题方面迈出了一大步”，《欧洲物理杂志》 C.DOI：
10.1140 / epjc / s10052-020-08465-y