Vad är Casimir-effekten?

Casimir-effekten hänvisar till den lilla attraktionskraften som uppträder mellan två oladdade plattor i ett vakuum. Denna Casimir-kraft är bara mätbar när plattorna är extremt nära varandra (flera atomära diametrar). Denna kraft förutspåddes 1948 av Hendrik Casimir, en holländsk teoretisk fysiker. Det verifierades experimentellt 1958 av Marcus Spaarnay, återigen på Philips i Eindhoven medan han studerade egenskaperna hos kolloidala lösningar. Den erkända orsaken till Casimir-effekten är kvantvakuumfluktuationerna (nollpunktsfluktuationer) av det elektromagnetiska fältet mellan plattorna.

Attraktionskraften uppstår eftersom, som kvantteorin indikerar, även ett så kallat vakuum innehåller en mängd virtuella elektromagnetiska partiklar och anti-partiklar i ett kontinuerligt fluktuationstillstånd. Detta är känt som vakuumenergin. Eftersom gapet mellan plattorna begränsar de möjliga våglängderna för de virtuella partikelparen, finns det färre virtuella partiklar i utrymmet mellan plattorna i förhållande till utrymmet utanför dem. Detta betyder att energitätheten mellan plattorna är mindre än energitätheten i det omgivande utrymmet, vilket skapar ett undertryck som drar ihop plattorna lite.

Ju närmare plattorna kommer, desto mindre blir vakuumenergitätheten. Det var inte förrän 1997 som den exakta storleken på Casimir-styrkan mättes av Steve K. Lamoreaux från Los Alamos National Laboratory tillsammans med Umar Mohideen och Anushree Roy från UC Riverside. Eftersom att använda två parallella plattor skulle kräva opraktiskt höga standarder för exakt inriktning, användes en platta och en nästan perfekt sfär. Inom en felmarginal på 5 % visade sig intensiteten vara precis den som förutspåtts av kvantteorin; definieras som nollpunktsenergin för Fourier-moden för det elektromagnetiska fältet mellan plattorna.

Med vissa material och i vissa konfigurationer har det visat sig att Casimir-effekten kan vara både frånstötande och attraktiv. Det verkar som att Casimir-kraften är för liten för att användas på ett användbart sätt på någon av vår nuvarande teknologi, även om kunskap om dess existens kan vara avgörande för dem som designar mikromekaniska eller nanomekaniska robotenheter i nuet och under de kommande decennierna. En dag kan det vara möjligt att utnyttja Casimir-effekten för att generera energi, även om denna dag är väldigt långt borta och det är troligt att mer effektiva energikällor kommer att upptäckas innan detta ens blir möjligt.