Boční Casimirova síla. Kredit: University of New Mexico.

Svět nanočástic je zvláštní a působí tam zvláštní síly. Nedávno to potvrdilo pozorování mezinárodního týmu fyziků, který vedl americký badatel Alejandro Manjavacas z Univerzity Nového Mexika. Se svými kolegy zkoumal vliv legendárního Casimirova jevu na rotující nanočástice. Podle všeho jde o zásadní výzkum, čemuž nasvědčuje i velký ohlas na světové síti. Publikaci Manjavacasova týmu nedávno publikoval časopis Physical Review Letters.

Alejandro Manjavacas. Kredit: University of New Mexico.

Výzkum Manjavacase a jeho kolegů zajímavě propojuje teoretickou nanofotoniku a kvantovou mechaniku. Celé se to točí kolem Casimirova jevu. Ten se projevuje měřitelnou přitažlivou silou, která vzniká jakoby z ničeho mezi elektricky nenabitými objekty umístěnými ve vakuu. Ve skutečnosti jde o projevy fluktuací vakua, při nichž vznikají a po nepatrném okamžiku opět zanikají virtuální páry částic a antičástic. Podle klasické fyziky by ve vakuu žádná taková síla pochopitelně vznikat neměla. Když ale záležitost převezme kvantová teorie pole, tak podle ní je vakuum přeplněné virtuálními objekty, jejichž asymetrickým rozložením vzniká nevelká, ale měřitelná fyzikální síla.

Manjavacas podotýká, že pro bouřlivě se rozvíjející nanotechnologie by jejich výsledky mohly být důležité. V nanosvětě pozbývají na významu klasické fyzikální síly a naopak začínají zcela převládat kvantové mechanismy, jako je právě Casimirův jev. Manjavacas s koley prozkoumali Casimirovu sílu, která působí z boku na rotující nanočástice poblíž plochého povrchu ve vakuu. Vznik této formy Casimirovy síly je přitom poněkud komplikovanější, nežli u prostého přitahování dvou rovnoběžných nenabitých desek.

Casimirův jev. Kredit: Emok / Wikimedia Commons.

Je to docela roztomilé. Představte si kulaté nanočástice, které jako nepatrné korálky rotují nad povrchem. Kvůli srážkám s částicemi rotace nanočástic zpomaluje, ale nanočástice se zároveň pohybují bočním směrem podél povrchu. Ve světě klasické fyziky by se částice nejprve musely dotknout povrchu a pak by došlo ke tření mezi částicí a povrchem, díky němuž by se částice pohybovala podél povrchu. Jenže v nanosvětě klasické fyzikální poučky příliš neplatí a nanočástice se pohybují podél povrchů i bez tření a bez nutnosti kontaktu s povrchem.

University of New Mexico.

Pozorování Casimirovy síly, která tlačí nanočástice podél povrchu, asi leckomu přijde poněkud bizarní. Ve skutečnosti ale jde o extrémně užiteční poznatky, které pomohou nanoinženýrům. Manjavacas s kolegy zjistili, že boční Casimirovu sílu je možné regulovat změnami vzdálenosti mezi nanočásticí a povrchem. Toho by nanoinženýři mohli velice dobře využít.

Video:  Casimir force: The Quantum Around You


Literatura
University of New Mexico 7. 4. 2017, Physical Review Letters 118: 133605 (online 31. 3. 2017), Wikipedia (Casimir effect).